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 "internal.h"
  19
  20 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
  21
  22 #define CREATE_TRACE_POINTS
  23 #include <trace/events/compaction.h>
  24
  25 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
  26 {
  27         struct page *page, *next;
  28         unsigned long count = 0;
  29
  30         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
  31                 list_del(&page->lru);
  32                 __free_page(page);
  33                 count++;
  34         }
  35
  36         return count;
  37 }
  38
  39 static void map_pages(struct list_head *list)
  40 {
  41         struct page *page;
  42
  43         list_for_each_entry(page, list, lru) {
  44                 arch_alloc_page(page, 0);
  45                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
  46         }
  47 }
  48
  49 static inline bool migrate_async_suitable(int migratetype)
  50 {
  51         return is_migrate_cma(migratetype) || migratetype == MIGRATE_MOVABLE;
  52 }
  53
  54 #ifdef CONFIG_COMPACTION
  55 /* Returns true if the pageblock should be scanned for pages to isolate. */
  56 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
  57                                         struct page *page)
  58 {
  59         if (cc->ignore_skip_hint)
  60                 return true;
  61
  62         return !get_pageblock_skip(page);
  63 }
  64
  65 /*
  66  * This function is called to clear all cached information on pageblocks that
  67  * should be skipped for page isolation when the migrate and free page scanner
  68  * meet.
  69  */
  70 static void __reset_isolation_suitable(struct zone *zone)
  71 {
  72         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
  73         unsigned long end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
  74         unsigned long pfn;
  75
  76         zone->compact_cached_migrate_pfn = start_pfn;
  77         zone->compact_cached_free_pfn = end_pfn;
  78         zone->compact_blockskip_flush = false;
  79
  80         /* Walk the zone and mark every pageblock as suitable for isolation */
  81         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
  82                 struct page *page;
  83
  84                 cond_resched();
  85
  86                 if (!pfn_valid(pfn))
  87                         continue;
  88
  89                 page = pfn_to_page(pfn);
  90                 if (zone != page_zone(page))
  91                         continue;
  92
  93                 clear_pageblock_skip(page);
  94         }
  95 }
  96
  97 void reset_isolation_suitable(pg_data_t *pgdat)
  98 {
  99         int zoneid;
 100
 101         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
 102                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
 103                 if (!populated_zone(zone))
 104                         continue;
 105
 106                 /* Only flush if a full compaction finished recently */
 107                 if (zone->compact_blockskip_flush)
 108                         __reset_isolation_suitable(zone);
 109         }
 110 }
 111
 112 /*
 113  * If no pages were isolated then mark this pageblock to be skipped in the
 114  * future. The information is later cleared by __reset_isolation_suitable().
 115  */
 116 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 117                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 118                         bool migrate_scanner)
 119 {
 120         struct zone *zone = cc->zone;
 121         if (!page)
 122                 return;
 123
 124         if (!nr_isolated) {
 125                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
 126                 set_pageblock_skip(page);
 127
 128                 /* Update where compaction should restart */
 129                 if (migrate_scanner) {
 130                         if (!cc->finished_update_migrate &&
 131                             pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn)
 132                                 zone->compact_cached_migrate_pfn = pfn;
 133                 } else {
 134                         if (!cc->finished_update_free &&
 135                             pfn < zone->compact_cached_free_pfn)
 136                                 zone->compact_cached_free_pfn = pfn;
 137                 }
 138         }
 139 }
 140 #else
 141 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
 142                                         struct page *page)
 143 {
 144         return true;
 145 }
 146
 147 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 148                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 149                         bool migrate_scanner)
 150 {
 151 }
 152 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
 153
 154 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
 155 {
 156         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
 157 }
 158
 159 /*
 160  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
 161  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
 162  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
 163  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
 164  *
 165  * Returns true if the lock is held.
 166  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
 167  */
 168 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
 169                                       bool locked, struct compact_control *cc)
 170 {
 171         if (should_release_lock(lock)) {
 172                 if (locked) {
 173                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
 174                         locked = false;
 175                 }
 176
 177                 /* async aborts if taking too long or contended */
 178                 if (!cc->sync) {
 179                         cc->contended = true;
 180                         return false;
 181                 }
 182
 183                 cond_resched();
 184         }
 185
 186         if (!locked)
 187                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
 188         return true;
 189 }
 190
 191 static inline bool compact_trylock_irqsave(spinlock_t *lock,
 192                         unsigned long *flags, struct compact_control *cc)
 193 {
 194         return compact_checklock_irqsave(lock, flags, false, cc);
 195 }
 196
 197 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
 198 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
 199 {
 200         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
 201
 202         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
 203         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
 204                 return false;
 205
 206         /* If the page is a large free page, then allow migration */
 207         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 208                 return true;
 209
 210         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 211         if (migrate_async_suitable(migratetype))
 212                 return true;
 213
 214         /* Otherwise skip the block */
 215         return false;
 216 }
 217
 218 static void compact_capture_page(struct compact_control *cc)
 219 {
 220         unsigned long flags;
 221         int mtype, mtype_low, mtype_high;
 222
 223         if (!cc->page || *cc->page)
 224                 return;
 225
 226         /*
 227          * For MIGRATE_MOVABLE allocations we capture a suitable page ASAP
 228          * regardless of the migratetype of the freelist is is captured from.
 229          * This is fine because the order for a high-order MIGRATE_MOVABLE
 230          * allocation is typically at least a pageblock size and overall
 231          * fragmentation is not impaired. Other allocation types must
 232          * capture pages from their own migratelist because otherwise they
 233          * could pollute other pageblocks like MIGRATE_MOVABLE with
 234          * difficult to move pages and making fragmentation worse overall.
 235          */
 236         if (cc->migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
 237                 mtype_low = 0;
 238                 mtype_high = MIGRATE_PCPTYPES;
 239         } else {
 240                 mtype_low = cc->migratetype;
 241                 mtype_high = cc->migratetype + 1;
 242         }
 243
 244         /* Speculatively examine the free lists without zone lock */
 245         for (mtype = mtype_low; mtype < mtype_high; mtype++) {
 246                 int order;
 247                 for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 248                         struct page *page;
 249                         struct free_area *area;
 250                         area = &(cc->zone->free_area[order]);
 251                         if (list_empty(&area->free_list[mtype]))
 252                                 continue;
 253
 254                         /* Take the lock and attempt capture of the page */
 255                         if (!compact_trylock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags, cc))
 256                                 return;
 257                         if (!list_empty(&area->free_list[mtype])) {
 258                                 page = list_entry(area->free_list[mtype].next,
 259                                                         struct page, lru);
 260                                 if (capture_free_page(page, cc->order, mtype)) {
 261                                         spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock,
 262                                                                         flags);
 263                                         *cc->page = page;
 264                                         return;
 265                                 }
 266                         }
 267                         spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 268                 }
 269         }
 270 }
 271
 272 /*
 273  * Isolate free pages onto a private freelist. Caller must hold zone->lock.
 274  * If @strict is true, will abort returning 0 on any invalid PFNs or non-free
 275  * pages inside of the pageblock (even though it may still end up isolating
 276  * some pages).
 277  */
 278 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
 279                                 unsigned long blockpfn,
 280                                 unsigned long end_pfn,
 281                                 struct list_head *freelist,
 282                                 bool strict)
 283 {
 284         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
 285         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
 286         unsigned long nr_strict_required = end_pfn - blockpfn;
 287         unsigned long flags;
 288         bool locked = false;
 289
 290         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
 291
 292         /* Isolate free pages. */
 293         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
 294                 int isolated, i;
 295                 struct page *page = cursor;
 296
 297                 nr_scanned++;
 298                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
 299                         continue;
 300                 if (!valid_page)
 301                         valid_page = page;
 302                 if (!PageBuddy(page))
 303                         continue;
 304
 305                 /*
 306                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
 307                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
 308                  * heavily contended if there are parallel allocations
 309                  * or parallel compactions. For async compaction do not
 310                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
 311                  * possible.
 312                  */
 313                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
 314                                                                 locked, cc);
 315                 if (!locked)
 316                         break;
 317
 318                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
 319                 if (!strict && !suitable_migration_target(page))
 320                         break;
 321
 322                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
 323                 if (!PageBuddy(page))
 324                         continue;
 325
 326                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
 327                 isolated = split_free_page(page);
 328                 if (!isolated && strict)
 329                         break;
 330                 total_isolated += isolated;
 331                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
 332                         list_add(&page->lru, freelist);
 333                         page++;
 334                 }
 335
 336                 /* If a page was split, advance to the end of it */
 337                 if (isolated) {
 338                         blockpfn += isolated - 1;
 339                         cursor += isolated - 1;
 340                 }
 341         }
 342
 343         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
 344
 345         /*
 346          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
 347          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
 348          * returned and CMA will fail.
 349          */
 350         if (strict && nr_strict_required > total_isolated)
 351                 total_isolated = 0;
 352
 353         if (locked)
 354                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 355
 356         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 357         if (blockpfn == end_pfn)
 358                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, total_isolated, false);
 359
 360         return total_isolated;
 361 }
 362
 363 /**
 364  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
 365  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 366  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 367  *
 368  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
 369  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
 370  * undo its actions and return zero.
 371  *
 372  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
 373  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
 374  * a free page).
 375  */
 376 unsigned long
 377 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
 378                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 379 {
 380         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
 381         LIST_HEAD(freelist);
 382
 383         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
 384                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
 385                         break;
 386
 387                 /*
 388                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
 389                  * but we keep it that we not to complicate the code.
 390                  */
 391                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 392                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
 393
 394                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
 395                                                    &freelist, true);
 396
 397                 /*
 398                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
 399                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
 400                  * non-free pages).
 401                  */
 402                 if (!isolated)
 403                         break;
 404
 405                 /*
 406                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
 407                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
 408                  * page may span two pageblocks).
 409                  */
 410         }
 411
 412         /* split_free_page does not map the pages */
 413         map_pages(&freelist);
 414
 415         if (pfn < end_pfn) {
 416                 /* Loop terminated early, cleanup. */
 417                 release_freepages(&freelist);
 418                 return 0;
 419         }
 420
 421         /* We don't use freelists for anything. */
 422         return pfn;
 423 }
 424
 425 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 426 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
 427 {
 428         struct page *page;
 429         unsigned int count[2] = { 0, };
 430
 431         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 432                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
 433
 434         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
 435         if (locked) {
 436                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 437                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 438         } else {
 439                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 440                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 441         }
 442 }
 443
 444 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 445 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 446 {
 447         unsigned long active, inactive, isolated;
 448
 449         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 450                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 451         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
 452                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
 453         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 454                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 455
 456         return isolated > (inactive + active) / 2;
 457 }
 458
 459 /**
 460  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
 461  * @zone:       Zone pages are in.
 462  * @cc:         Compaction control structure.
 463  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
 464  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
 465  * @unevictable: true if it allows to isolate unevictable pages
 466  *
 467  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
 468  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
 469  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
 470  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
 471  *
 472  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
 473  * zero.
 474  *
 475  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
 476  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
 477  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
 478  */
 479 unsigned long
 480 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
 481                 unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn, bool unevictable)
 482 {
 483         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
 484         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
 485         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 486         isolate_mode_t mode = 0;
 487         struct lruvec *lruvec;
 488         unsigned long flags;
 489         bool locked = false;
 490         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
 491
 492         /*
 493          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 494          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 495          * delay for some time until fewer pages are isolated
 496          */
 497         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 498                 /* async migration should just abort */
 499                 if (!cc->sync)
 500                         return 0;
 501
 502                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 503
 504                 if (fatal_signal_pending(current))
 505                         return 0;
 506         }
 507
 508         /* Time to isolate some pages for migration */
 509         cond_resched();
 510         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 511                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
 512                 if (locked && !((low_pfn+1) % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
 513                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
 514                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 515                                 locked = false;
 516                         }
 517                 }
 518
 519                 /*
 520                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
 521                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
 522                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
 523                  * memory holes within the zone
 524                  */
 525                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
 526                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
 527                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
 528                                 continue;
 529                         }
 530                 }
 531
 532                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 533                         continue;
 534                 nr_scanned++;
 535
 536                 /*
 537                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
 538                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
 539                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
 540                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
 541                  */
 542                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 543                 if (page_zone(page) != zone)
 544                         continue;
 545
 546                 if (!valid_page)
 547                         valid_page = page;
 548
 549                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 550                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
 551                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 552                         goto next_pageblock;
 553
 554                 /* Skip if free */
 555                 if (PageBuddy(page))
 556                         continue;
 557
 558                 /*
 559                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
 560                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
 561                  * satisfies the allocation
 562                  */
 563                 if (!cc->sync && last_pageblock_nr != pageblock_nr &&
 564                     !migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page))) {
 565                         cc->finished_update_migrate = true;
 566                         goto next_pageblock;
 567                 }
 568
 569                 /*
 570                  * Check may be lockless but that's ok as we recheck later.
 571                  * It's possible to migrate LRU pages and balloon pages
 572                  * Skip any other type of page
 573                  */
 574                 if (!PageLRU(page)) {
 575                         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
 576                                 if (locked && balloon_page_isolate(page)) {
 577                                         /* Successfully isolated */
 578                                         cc->finished_update_migrate = true;
 579                                         list_add(&page->lru, migratelist);
 580                                         cc->nr_migratepages++;
 581                                         nr_isolated++;
 582                                         goto check_compact_cluster;
 583                                 }
 584                         }
 585                         continue;
 586                 }
 587
 588                 /*
 589                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
 590                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
 591                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
 592                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
 593                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
 594                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
 595                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
 596                  * page underneath us may return surprising results.
 597                  */
 598                 if (PageTransHuge(page)) {
 599                         if (!locked)
 600                                 goto next_pageblock;
 601                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 602                         continue;
 603                 }
 604
 605                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
 606                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
 607                                                                 locked, cc);
 608                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
 609                         break;
 610
 611                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
 612                 if (!PageLRU(page))
 613                         continue;
 614                 if (PageTransHuge(page)) {
 615                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 616                         continue;
 617                 }
 618
 619                 if (!cc->sync)
 620                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
 621
 622                 if (unevictable)
 623                         mode |= ISOLATE_UNEVICTABLE;
 624
 625                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 626
 627                 /* Try isolate the page */
 628                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
 629                         continue;
 630
 631                 VM_BUG_ON(PageTransCompound(page));
 632
 633                 /* Successfully isolated */
 634                 cc->finished_update_migrate = true;
 635                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
 636                 list_add(&page->lru, migratelist);
 637                 cc->nr_migratepages++;
 638                 nr_isolated++;
 639
 640 check_compact_cluster:
 641                 /* Avoid isolating too much */
 642                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
 643                         ++low_pfn;
 644                         break;
 645                 }
 646
 647                 continue;
 648
 649 next_pageblock:
 650                 low_pfn += pageblock_nr_pages;
 651                 low_pfn = ALIGN(low_pfn, pageblock_nr_pages) - 1;
 652                 last_pageblock_nr = pageblock_nr;
 653         }
 654
 655         acct_isolated(zone, locked, cc);
 656
 657         if (locked)
 658                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 659
 660         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 661         if (low_pfn == end_pfn)
 662                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated, true);
 663
 664         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 665
 666         return low_pfn;
 667 }
 668
 669 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 670 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 671 /*
 672  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 673  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 674  */
 675 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 676                                 struct compact_control *cc)
 677 {
 678         struct page *page;
 679         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, zone_end_pfn, end_pfn;
 680         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 681         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 682
 683         /*
 684          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 685          * scanned from (or the end of the zone if starting). The low point
 686          * is the end of the pageblock the migration scanner is using.
 687          */
 688         pfn = cc->free_pfn;
 689         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
 690
 691         /*
 692          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
 693          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
 694          * in the next isolation cycle.
 695          */
 696         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
 697
 698         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
 699
 700         /*
 701          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 702          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 703          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 704          */
 705         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 706                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
 707                 unsigned long isolated;
 708
 709                 if (!pfn_valid(pfn))
 710                         continue;
 711
 712                 /*
 713                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 714                  * configurations to have a setup like
 715                  * node0 node1 node0
 716                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 717                  * pages do not belong to a single zone.
 718                  */
 719                 page = pfn_to_page(pfn);
 720                 if (page_zone(page) != zone)
 721                         continue;
 722
 723                 /* Check the block is suitable for migration */
 724                 if (!suitable_migration_target(page))
 725                         continue;
 726
 727                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 728                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 729                         continue;
 730
 731                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
 732                 isolated = 0;
 733
 734                 /*
 735                  * As pfn may not start aligned, pfn+pageblock_nr_page
 736                  * may cross a MAX_ORDER_NR_PAGES boundary and miss
 737                  * a pfn_valid check. Ensure isolate_freepages_block()
 738                  * only scans within a pageblock
 739                  */
 740                 end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 741                 end_pfn = min(end_pfn, zone_end_pfn);
 742                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, end_pfn,
 743                                                    freelist, false);
 744                 nr_freepages += isolated;
 745
 746                 /*
 747                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 748                  * looking for free pages, the search will restart here as
 749                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 750                  */
 751                 if (isolated) {
 752                         cc->finished_update_free = true;
 753                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
 754                 }
 755         }
 756
 757         /* split_free_page does not map the pages */
 758         map_pages(freelist);
 759
 760         cc->free_pfn = high_pfn;
 761         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 762 }
 763
 764 /*
 765  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 766  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 767  */
 768 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 769                                         unsigned long data,
 770                                         int **result)
 771 {
 772         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 773         struct page *freepage;
 774
 775         /* Isolate free pages if necessary */
 776         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 777                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 778
 779                 if (list_empty(&cc->freepages))
 780                         return NULL;
 781         }
 782
 783         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 784         list_del(&freepage->lru);
 785         cc->nr_freepages--;
 786
 787         return freepage;
 788 }
 789
 790 /*
 791  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
 792  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
 793  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
 794  */
 795 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 796 {
 797         int nr_migratepages = 0;
 798         int nr_freepages = 0;
 799         struct page *page;
 800
 801         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 802                 nr_migratepages++;
 803         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
 804                 nr_freepages++;
 805
 806         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 807         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 808 }
 809
 810 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 811 typedef enum {
 812         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 813         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 814         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 815 } isolate_migrate_t;
 816
 817 /*
 818  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 819  * the migrate scanner within compact_control.
 820  */
 821 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 822                                         struct compact_control *cc)
 823 {
 824         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 825
 826         /* Do not scan outside zone boundaries */
 827         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 828
 829         /* Only scan within a pageblock boundary */
 830         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
 831
 832         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 833         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 834                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 835                 return ISOLATE_NONE;
 836         }
 837
 838         /* Perform the isolation */
 839         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn, false);
 840         if (!low_pfn || cc->contended)
 841                 return ISOLATE_ABORT;
 842
 843         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 844
 845         return ISOLATE_SUCCESS;
 846 }
 847
 848 static int compact_finished(struct zone *zone,
 849                             struct compact_control *cc)
 850 {
 851         unsigned long watermark;
 852
 853         if (fatal_signal_pending(current))
 854                 return COMPACT_PARTIAL;
 855
 856         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 857         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
 858                 /*
 859                  * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
 860                  * by kswapd when it goes to sleep. kswapd does not set the
 861                  * flag itself as the decision to be clear should be directly
 862                  * based on an allocation request.
 863                  */
 864                 if (!current_is_kswapd())
 865                         zone->compact_blockskip_flush = true;
 866
 867                 return COMPACT_COMPLETE;
 868         }
 869
 870         /*
 871          * order == -1 is expected when compacting via
 872          * /proc/sys/vm/compact_memory
 873          */
 874         if (cc->order == -1)
 875                 return COMPACT_CONTINUE;
 876
 877         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 878         watermark = low_wmark_pages(zone);
 879         watermark += (1 << cc->order);
 880
 881         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 882                 return COMPACT_CONTINUE;
 883
 884         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 885         if (cc->page) {
 886                 /* Was a suitable page captured? */
 887                 if (*cc->page)
 888                         return COMPACT_PARTIAL;
 889         } else {
 890                 unsigned int order;
 891                 for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 892                         struct free_area *area = &zone->free_area[cc->order];
 893                         /* Job done if page is free of the right migratetype */
 894                         if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
 895                                 return COMPACT_PARTIAL;
 896
 897                         /* Job done if allocation would set block type */
 898                         if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
 899                                 return COMPACT_PARTIAL;
 900                 }
 901         }
 902
 903         return COMPACT_CONTINUE;
 904 }
 905
 906 /*
 907  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 908  * Returns
 909  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 910  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 911  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 912  */
 913 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 914 {
 915         int fragindex;
 916         unsigned long watermark;
 917
 918         /*
 919          * order == -1 is expected when compacting via
 920          * /proc/sys/vm/compact_memory
 921          */
 922         if (order == -1)
 923                 return COMPACT_CONTINUE;
 924
 925         /*
 926          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 927          * This is because during migration, copies of pages need to be
 928          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 929          */
 930         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 931         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 932                 return COMPACT_SKIPPED;
 933
 934         /*
 935          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 936          * low memory or external fragmentation
 937          *
 938          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 939          * watermarks
 940          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 941          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 942          *
 943          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 944          */
 945         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 946         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 947                 return COMPACT_SKIPPED;
 948
 949         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 950             0, 0))
 951                 return COMPACT_PARTIAL;
 952
 953         return COMPACT_CONTINUE;
 954 }
 955
 956 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 957 {
 958         int ret;
 959         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
 960         unsigned long end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
 961
 962         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
 963         switch (ret) {
 964         case COMPACT_PARTIAL:
 965         case COMPACT_SKIPPED:
 966                 /* Compaction is likely to fail */
 967                 return ret;
 968         case COMPACT_CONTINUE:
 969                 /* Fall through to compaction */
 970                 ;
 971         }
 972
 973         /*
 974          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
 975          * information on where the scanners should start but check that it
 976          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
 977          */
 978         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn;
 979         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
 980         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
 981                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
 982                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
 983         }
 984         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
 985                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
 986                 zone->compact_cached_migrate_pfn = cc->migrate_pfn;
 987         }
 988
 989         /*
 990          * Clear pageblock skip if there were failures recently and compaction
 991          * is about to be retried after being deferred. kswapd does not do
 992          * this reset as it'll reset the cached information when going to sleep.
 993          */
 994         if (compaction_restarting(zone, cc->order) && !current_is_kswapd())
 995                 __reset_isolation_suitable(zone);
 996
 997         migrate_prep_local();
 998
 999         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
1000                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
1001                 int err;
1002
1003                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
1004                 case ISOLATE_ABORT:
1005                         ret = COMPACT_PARTIAL;
1006                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
1007                         cc->nr_migratepages = 0;
1008                         goto out;
1009                 case ISOLATE_NONE:
1010                         continue;
1011                 case ISOLATE_SUCCESS:
1012                         ;
1013                 }
1014
1015                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
1016                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
1017                                 (unsigned long)cc, false,
1018                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC);
1019                 update_nr_listpages(cc);
1020                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
1021
1022                 count_vm_event(COMPACTBLOCKS);
1023                 count_vm_events(COMPACTPAGES, nr_migrate - nr_remaining);
1024                 if (nr_remaining)
1025                         count_vm_events(COMPACTPAGEFAILED, nr_remaining);
1026                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
1027                                                 nr_remaining);
1028
1029                 /* Release LRU pages not migrated */
1030                 if (err) {
1031                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
1032                         cc->nr_migratepages = 0;
1033                         if (err == -ENOMEM) {
1034                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
1035                                 goto out;
1036                         }
1037                 }
1038
1039                 /* Capture a page now if it is a suitable size */
1040                 compact_capture_page(cc);
1041         }
1042
1043 out:
1044         /* Release free pages and check accounting */
1045         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
1046         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
1047
1048         return ret;
1049 }
1050
1051 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
1052                                  int order, gfp_t gfp_mask,
1053                                  bool sync, bool *contended,
1054                                  struct page **page)
1055 {
1056         unsigned long ret;
1057         struct compact_control cc = {
1058                 .nr_freepages = 0,
1059                 .nr_migratepages = 0,
1060                 .order = order,
1061                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1062                 .zone = zone,
1063                 .sync = sync,
1064                 .page = page,
1065         };
1066         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1067         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1068
1069         ret = compact_zone(zone, &cc);
1070
1071         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1072         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1073
1074         *contended = cc.contended;
1075         return ret;
1076 }
1077
1078 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1079
1080 /**
1081  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1082  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1083  * @order: The order of the current allocation
1084  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1085  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1086  * @sync: Whether migration is synchronous or not
1087  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1088  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1089  *
1090  * This is the main entry point for direct page compaction.
1091  */
1092 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1093                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1094                         bool sync, bool *contended, struct page **page)
1095 {
1096         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1097         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1098         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1099         struct zoneref *z;
1100         struct zone *zone;
1101         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1102         int alloc_flags = 0;
1103
1104         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1105         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1106                 return rc;
1107
1108         count_vm_event(COMPACTSTALL);
1109
1110 #ifdef CONFIG_CMA
1111         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1112                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1113 #endif
1114         /* Compact each zone in the list */
1115         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1116                                                                 nodemask) {
1117                 int status;
1118
1119                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
1120                                                 contended, page);
1121                 rc = max(status, rc);
1122
1123                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1124                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1125                                       alloc_flags))
1126                         break;
1127         }
1128
1129         return rc;
1130 }
1131
1132
1133 /* Compact all zones within a node */
1134 static int __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1135 {
1136         int zoneid;
1137         struct zone *zone;
1138
1139         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1140
1141                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1142                 if (!populated_zone(zone))
1143                         continue;
1144
1145                 cc->nr_freepages = 0;
1146                 cc->nr_migratepages = 0;
1147                 cc->zone = zone;
1148                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1149                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1150
1151                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1152                         compact_zone(zone, cc);
1153
1154                 if (cc->order > 0) {
1155                         int ok = zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1156                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0);
1157                         if (ok && cc->order >= zone->compact_order_failed)
1158                                 zone->compact_order_failed = cc->order + 1;
1159                         /* Currently async compaction is never deferred. */
1160                         else if (!ok && cc->sync)
1161                                 defer_compaction(zone, cc->order);
1162                 }
1163
1164                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1165                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1166         }
1167
1168         return 0;
1169 }
1170
1171 int compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1172 {
1173         struct compact_control cc = {
1174                 .order = order,
1175                 .sync = false,
1176                 .page = NULL,
1177         };
1178
1179         return __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1180 }
1181
1182 static int compact_node(int nid)
1183 {
1184         struct compact_control cc = {
1185                 .order = -1,
1186                 .sync = true,
1187                 .page = NULL,
1188         };
1189
1190         return __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1191 }
1192
1193 /* Compact all nodes in the system */
1194 static int compact_nodes(void)
1195 {
1196         int nid;
1197
1198         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1199         lru_add_drain_all();
1200
1201         for_each_online_node(nid)
1202                 compact_node(nid);
1203
1204         return COMPACT_COMPLETE;
1205 }
1206
1207 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1208 int sysctl_compact_memory;
1209
1210 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1211 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1212                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1213 {
1214         if (write)
1215                 return compact_nodes();
1216
1217         return 0;
1218 }
1219
1220 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1221                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1222 {
1223         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1224
1225         return 0;
1226 }
1227
1228 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1229 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1230                         struct device_attribute *attr,
1231                         const char *buf, size_t count)
1232 {
1233         int nid = dev->id;
1234
1235         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1236                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1237                 lru_add_drain_all();
1238
1239                 compact_node(nid);
1240         }
1241
1242         return count;
1243 }
1244 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1245
1246 int compaction_register_node(struct node *node)
1247 {
1248         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1249 }
1250
1251 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1252 {
1253         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1254 }
1255 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1256
1257 #endif /* CONFIG_COMPACTION */