mm/compaction.c

   1 /*
   2  * linux/mm/compaction.c
   3  *
   4  * Memory compaction for the reduction of external fragmentation. Note that
   5  * this heavily depends upon page migration to do all the real heavy
   6  * lifting
   7  *
   8  * Copyright IBM Corp. 2007-2010 Mel Gorman <mel@csn.ul.ie>
   9  */
  10 #include <linux/swap.h>
  11 #include <linux/migrate.h>
  12 #include <linux/compaction.h>
  13 #include <linux/mm_inline.h>
  14 #include <linux/backing-dev.h>
  15 #include <linux/sysctl.h>
  16 #include <linux/sysfs.h>
  17 #include <linux/balloon_compaction.h>
  18 #include <linux/page-isolation.h>
  19 #include "internal.h"
  20
  21 #ifdef CONFIG_COMPACTION
  22 static inline void count_compact_event(enum vm_event_item item)
  23 {
  24         count_vm_event(item);
  25 }
  26
  27 static inline void count_compact_events(enum vm_event_item item, long delta)
  28 {
  29         count_vm_events(item, delta);
  30 }
  31 #else
  32 #define count_compact_event(item) do { } while (0)
  33 #define count_compact_events(item, delta) do { } while (0)
  34 #endif
  35
  36 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
  37
  38 #define CREATE_TRACE_POINTS
  39 #include <trace/events/compaction.h>
  40
  41 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
  42 {
  43         struct page *page, *next;
  44         unsigned long count = 0;
  45
  46         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
  47                 list_del(&page->lru);
  48                 __free_page(page);
  49                 count++;
  50         }
  51
  52         return count;
  53 }
  54
  55 static void map_pages(struct list_head *list)
  56 {
  57         struct page *page;
  58
  59         list_for_each_entry(page, list, lru) {
  60                 arch_alloc_page(page, 0);
  61                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
  62         }
  63 }
  64
  65 static inline bool migrate_async_suitable(int migratetype)
  66 {
  67         return is_migrate_cma(migratetype) || migratetype == MIGRATE_MOVABLE;
  68 }
  69
  70 #ifdef CONFIG_COMPACTION
  71 /* Returns true if the pageblock should be scanned for pages to isolate. */
  72 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
  73                                         struct page *page)
  74 {
  75         if (cc->ignore_skip_hint)
  76                 return true;
  77
  78         return !get_pageblock_skip(page);
  79 }
  80
  81 /*
  82  * This function is called to clear all cached information on pageblocks that
  83  * should be skipped for page isolation when the migrate and free page scanner
  84  * meet.
  85  */
  86 static void __reset_isolation_suitable(struct zone *zone)
  87 {
  88         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
  89         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
  90         unsigned long pfn;
  91
  92         zone->compact_cached_migrate_pfn = start_pfn;
  93         zone->compact_cached_free_pfn = end_pfn;
  94         zone->compact_blockskip_flush = false;
  95
  96         /* Walk the zone and mark every pageblock as suitable for isolation */
  97         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
  98                 struct page *page;
  99
 100                 cond_resched();
 101
 102                 if (!pfn_valid(pfn))
 103                         continue;
 104
 105                 page = pfn_to_page(pfn);
 106                 if (zone != page_zone(page))
 107                         continue;
 108
 109                 clear_pageblock_skip(page);
 110         }
 111 }
 112
 113 void reset_isolation_suitable(pg_data_t *pgdat)
 114 {
 115         int zoneid;
 116
 117         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
 118                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
 119                 if (!populated_zone(zone))
 120                         continue;
 121
 122                 /* Only flush if a full compaction finished recently */
 123                 if (zone->compact_blockskip_flush)
 124                         __reset_isolation_suitable(zone);
 125         }
 126 }
 127
 128 /*
 129  * If no pages were isolated then mark this pageblock to be skipped in the
 130  * future. The information is later cleared by __reset_isolation_suitable().
 131  */
 132 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 133                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 134                         bool migrate_scanner)
 135 {
 136         struct zone *zone = cc->zone;
 137         if (!page)
 138                 return;
 139
 140         if (!nr_isolated) {
 141                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
 142                 set_pageblock_skip(page);
 143
 144                 /* Update where compaction should restart */
 145                 if (migrate_scanner) {
 146                         if (!cc->finished_update_migrate &&
 147                             pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn)
 148                                 zone->compact_cached_migrate_pfn = pfn;
 149                 } else {
 150                         if (!cc->finished_update_free &&
 151                             pfn < zone->compact_cached_free_pfn)
 152                                 zone->compact_cached_free_pfn = pfn;
 153                 }
 154         }
 155 }
 156 #else
 157 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
 158                                         struct page *page)
 159 {
 160         return true;
 161 }
 162
 163 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 164                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 165                         bool migrate_scanner)
 166 {
 167 }
 168 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
 169
 170 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
 171 {
 172         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
 173 }
 174
 175 /*
 176  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
 177  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
 178  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
 179  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
 180  *
 181  * Returns true if the lock is held.
 182  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
 183  */
 184 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
 185                                       bool locked, struct compact_control *cc)
 186 {
 187         if (should_release_lock(lock)) {
 188                 if (locked) {
 189                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
 190                         locked = false;
 191                 }
 192
 193                 /* async aborts if taking too long or contended */
 194                 if (!cc->sync) {
 195                         cc->contended = true;
 196                         return false;
 197                 }
 198
 199                 cond_resched();
 200         }
 201
 202         if (!locked)
 203                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
 204         return true;
 205 }
 206
 207 static inline bool compact_trylock_irqsave(spinlock_t *lock,
 208                         unsigned long *flags, struct compact_control *cc)
 209 {
 210         return compact_checklock_irqsave(lock, flags, false, cc);
 211 }
 212
 213 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
 214 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
 215 {
 216         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
 217
 218         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
 219         if (migratetype == MIGRATE_RESERVE)
 220                 return false;
 221
 222         if (is_migrate_isolate(migratetype))
 223                 return false;
 224
 225         /* If the page is a large free page, then allow migration */
 226         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 227                 return true;
 228
 229         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 230         if (migrate_async_suitable(migratetype))
 231                 return true;
 232
 233         /* Otherwise skip the block */
 234         return false;
 235 }
 236
 237 /*
 238  * Isolate free pages onto a private freelist. If @strict is true, will abort
 239  * returning 0 on any invalid PFNs or non-free pages inside of the pageblock
 240  * (even though it may still end up isolating some pages).
 241  */
 242 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
 243                                 unsigned long blockpfn,
 244                                 unsigned long end_pfn,
 245                                 struct list_head *freelist,
 246                                 bool strict)
 247 {
 248         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
 249         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
 250         unsigned long nr_strict_required = end_pfn - blockpfn;
 251         unsigned long flags;
 252         bool locked = false;
 253
 254         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
 255
 256         /* Isolate free pages. */
 257         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
 258                 int isolated, i;
 259                 struct page *page = cursor;
 260
 261                 nr_scanned++;
 262                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
 263                         continue;
 264                 if (!valid_page)
 265                         valid_page = page;
 266                 if (!PageBuddy(page))
 267                         continue;
 268
 269                 /*
 270                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
 271                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
 272                  * heavily contended if there are parallel allocations
 273                  * or parallel compactions. For async compaction do not
 274                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
 275                  * possible.
 276                  */
 277                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
 278                                                                 locked, cc);
 279                 if (!locked)
 280                         break;
 281
 282                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
 283                 if (!strict && !suitable_migration_target(page))
 284                         break;
 285
 286                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
 287                 if (!PageBuddy(page))
 288                         continue;
 289
 290                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
 291                 isolated = split_free_page(page);
 292                 if (!isolated && strict)
 293                         break;
 294                 total_isolated += isolated;
 295                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
 296                         list_add(&page->lru, freelist);
 297                         page++;
 298                 }
 299
 300                 /* If a page was split, advance to the end of it */
 301                 if (isolated) {
 302                         blockpfn += isolated - 1;
 303                         cursor += isolated - 1;
 304                 }
 305         }
 306
 307         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
 308
 309         /*
 310          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
 311          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
 312          * returned and CMA will fail.
 313          */
 314         if (strict && nr_strict_required > total_isolated)
 315                 total_isolated = 0;
 316
 317         if (locked)
 318                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 319
 320         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 321         if (blockpfn == end_pfn)
 322                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, total_isolated, false);
 323
 324         count_compact_events(COMPACTFREE_SCANNED, nr_scanned);
 325         if (total_isolated)
 326                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, total_isolated);
 327         return total_isolated;
 328 }
 329
 330 /**
 331  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
 332  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 333  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 334  *
 335  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
 336  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
 337  * undo its actions and return zero.
 338  *
 339  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
 340  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
 341  * a free page).
 342  */
 343 unsigned long
 344 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
 345                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 346 {
 347         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
 348         LIST_HEAD(freelist);
 349
 350         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
 351                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
 352                         break;
 353
 354                 /*
 355                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
 356                  * but we keep it that we not to complicate the code.
 357                  */
 358                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 359                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
 360
 361                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
 362                                                    &freelist, true);
 363
 364                 /*
 365                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
 366                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
 367                  * non-free pages).
 368                  */
 369                 if (!isolated)
 370                         break;
 371
 372                 /*
 373                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
 374                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
 375                  * page may span two pageblocks).
 376                  */
 377         }
 378
 379         /* split_free_page does not map the pages */
 380         map_pages(&freelist);
 381
 382         if (pfn < end_pfn) {
 383                 /* Loop terminated early, cleanup. */
 384                 release_freepages(&freelist);
 385                 return 0;
 386         }
 387
 388         /* We don't use freelists for anything. */
 389         return pfn;
 390 }
 391
 392 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 393 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
 394 {
 395         struct page *page;
 396         unsigned int count[2] = { 0, };
 397
 398         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 399                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
 400
 401         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
 402         if (locked) {
 403                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 404                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 405         } else {
 406                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 407                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 408         }
 409 }
 410
 411 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 412 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 413 {
 414         unsigned long active, inactive, isolated;
 415
 416         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 417                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 418         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
 419                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
 420         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 421                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 422
 423         return isolated > (inactive + active) / 2;
 424 }
 425
 426 /**
 427  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
 428  * @zone:       Zone pages are in.
 429  * @cc:         Compaction control structure.
 430  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
 431  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
 432  * @unevictable: true if it allows to isolate unevictable pages
 433  *
 434  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
 435  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
 436  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
 437  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
 438  *
 439  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
 440  * zero.
 441  *
 442  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
 443  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
 444  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
 445  */
 446 unsigned long
 447 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
 448                 unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn, bool unevictable)
 449 {
 450         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
 451         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
 452         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 453         isolate_mode_t mode = 0;
 454         struct lruvec *lruvec;
 455         unsigned long flags;
 456         bool locked = false;
 457         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
 458
 459         /*
 460          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 461          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 462          * delay for some time until fewer pages are isolated
 463          */
 464         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 465                 /* async migration should just abort */
 466                 if (!cc->sync)
 467                         return 0;
 468
 469                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 470
 471                 if (fatal_signal_pending(current))
 472                         return 0;
 473         }
 474
 475         /* Time to isolate some pages for migration */
 476         cond_resched();
 477         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 478                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
 479                 if (locked && !((low_pfn+1) % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
 480                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
 481                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 482                                 locked = false;
 483                         }
 484                 }
 485
 486                 /*
 487                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
 488                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
 489                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
 490                  * memory holes within the zone
 491                  */
 492                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
 493                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
 494                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
 495                                 continue;
 496                         }
 497                 }
 498
 499                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 500                         continue;
 501                 nr_scanned++;
 502
 503                 /*
 504                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
 505                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
 506                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
 507                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
 508                  */
 509                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 510                 if (page_zone(page) != zone)
 511                         continue;
 512
 513                 if (!valid_page)
 514                         valid_page = page;
 515
 516                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 517                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
 518                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 519                         goto next_pageblock;
 520
 521                 /* Skip if free */
 522                 if (PageBuddy(page))
 523                         continue;
 524
 525                 /*
 526                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
 527                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
 528                  * satisfies the allocation
 529                  */
 530                 if (!cc->sync && last_pageblock_nr != pageblock_nr &&
 531                     !migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page))) {
 532                         cc->finished_update_migrate = true;
 533                         goto next_pageblock;
 534                 }
 535
 536                 /*
 537                  * Check may be lockless but that's ok as we recheck later.
 538                  * It's possible to migrate LRU pages and balloon pages
 539                  * Skip any other type of page
 540                  */
 541                 if (!PageLRU(page)) {
 542                         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
 543                                 if (locked && balloon_page_isolate(page)) {
 544                                         /* Successfully isolated */
 545                                         cc->finished_update_migrate = true;
 546                                         list_add(&page->lru, migratelist);
 547                                         cc->nr_migratepages++;
 548                                         nr_isolated++;
 549                                         goto check_compact_cluster;
 550                                 }
 551                         }
 552                         continue;
 553                 }
 554
 555                 /*
 556                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
 557                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
 558                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
 559                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
 560                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
 561                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
 562                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
 563                  * page underneath us may return surprising results.
 564                  */
 565                 if (PageTransHuge(page)) {
 566                         if (!locked)
 567                                 goto next_pageblock;
 568                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 569                         continue;
 570                 }
 571
 572                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
 573                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
 574                                                                 locked, cc);
 575                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
 576                         break;
 577
 578                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
 579                 if (!PageLRU(page))
 580                         continue;
 581                 if (PageTransHuge(page)) {
 582                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 583                         continue;
 584                 }
 585
 586                 if (!cc->sync)
 587                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
 588
 589                 if (unevictable)
 590                         mode |= ISOLATE_UNEVICTABLE;
 591
 592                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 593
 594                 /* Try isolate the page */
 595                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
 596                         continue;
 597
 598                 VM_BUG_ON(PageTransCompound(page));
 599
 600                 /* Successfully isolated */
 601                 cc->finished_update_migrate = true;
 602                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
 603                 list_add(&page->lru, migratelist);
 604                 cc->nr_migratepages++;
 605                 nr_isolated++;
 606
 607 check_compact_cluster:
 608                 /* Avoid isolating too much */
 609                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
 610                         ++low_pfn;
 611                         break;
 612                 }
 613
 614                 continue;
 615
 616 next_pageblock:
 617                 low_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages) - 1;
 618                 last_pageblock_nr = pageblock_nr;
 619         }
 620
 621         acct_isolated(zone, locked, cc);
 622
 623         if (locked)
 624                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 625
 626         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 627         if (low_pfn == end_pfn)
 628                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated, true);
 629
 630         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 631
 632         count_compact_events(COMPACTMIGRATE_SCANNED, nr_scanned);
 633         if (nr_isolated)
 634                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, nr_isolated);
 635
 636         return low_pfn;
 637 }
 638
 639 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 640 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 641 /*
 642  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 643  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 644  */
 645 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 646                                 struct compact_control *cc)
 647 {
 648         struct page *page;
 649         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, z_end_pfn, end_pfn;
 650         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 651         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 652
 653         /*
 654          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 655          * scanned from (or the end of the zone if starting). The low point
 656          * is the end of the pageblock the migration scanner is using.
 657          */
 658         pfn = cc->free_pfn;
 659         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
 660
 661         /*
 662          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
 663          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
 664          * in the next isolation cycle.
 665          */
 666         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
 667
 668         z_end_pfn = zone_end_pfn(zone);
 669
 670         /*
 671          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 672          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 673          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 674          */
 675         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 676                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
 677                 unsigned long isolated;
 678
 679                 /*
 680                  * This can iterate a massively long zone without finding any
 681                  * suitable migration targets, so periodically check if we need
 682                  * to schedule.
 683                  */
 684                 cond_resched();
 685
 686                 if (!pfn_valid(pfn))
 687                         continue;
 688
 689                 /*
 690                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 691                  * configurations to have a setup like
 692                  * node0 node1 node0
 693                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 694                  * pages do not belong to a single zone.
 695                  */
 696                 page = pfn_to_page(pfn);
 697                 if (page_zone(page) != zone)
 698                         continue;
 699
 700                 /* Check the block is suitable for migration */
 701                 if (!suitable_migration_target(page))
 702                         continue;
 703
 704                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 705                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 706                         continue;
 707
 708                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
 709                 isolated = 0;
 710
 711                 /*
 712                  * As pfn may not start aligned, pfn+pageblock_nr_page
 713                  * may cross a MAX_ORDER_NR_PAGES boundary and miss
 714                  * a pfn_valid check. Ensure isolate_freepages_block()
 715                  * only scans within a pageblock
 716                  */
 717                 end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 718                 end_pfn = min(end_pfn, z_end_pfn);
 719                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, end_pfn,
 720                                                    freelist, false);
 721                 nr_freepages += isolated;
 722
 723                 /*
 724                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 725                  * looking for free pages, the search will restart here as
 726                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 727                  */
 728                 if (isolated) {
 729                         cc->finished_update_free = true;
 730                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
 731                 }
 732         }
 733
 734         /* split_free_page does not map the pages */
 735         map_pages(freelist);
 736
 737         cc->free_pfn = high_pfn;
 738         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 739 }
 740
 741 /*
 742  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 743  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 744  */
 745 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 746                                         unsigned long data,
 747                                         int **result)
 748 {
 749         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 750         struct page *freepage;
 751
 752         /* Isolate free pages if necessary */
 753         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 754                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 755
 756                 if (list_empty(&cc->freepages))
 757                         return NULL;
 758         }
 759
 760         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 761         list_del(&freepage->lru);
 762         cc->nr_freepages--;
 763
 764         return freepage;
 765 }
 766
 767 /*
 768  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
 769  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
 770  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
 771  */
 772 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 773 {
 774         int nr_migratepages = 0;
 775         int nr_freepages = 0;
 776         struct page *page;
 777
 778         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 779                 nr_migratepages++;
 780         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
 781                 nr_freepages++;
 782
 783         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 784         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 785 }
 786
 787 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 788 typedef enum {
 789         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 790         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 791         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 792 } isolate_migrate_t;
 793
 794 /*
 795  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 796  * the migrate scanner within compact_control.
 797  */
 798 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 799                                         struct compact_control *cc)
 800 {
 801         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 802
 803         /* Do not scan outside zone boundaries */
 804         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 805
 806         /* Only scan within a pageblock boundary */
 807         end_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 808
 809         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 810         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 811                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 812                 return ISOLATE_NONE;
 813         }
 814
 815         /* Perform the isolation */
 816         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn, false);
 817         if (!low_pfn || cc->contended)
 818                 return ISOLATE_ABORT;
 819
 820         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 821
 822         return ISOLATE_SUCCESS;
 823 }
 824
 825 static int compact_finished(struct zone *zone,
 826                             struct compact_control *cc)
 827 {
 828         unsigned int order;
 829         unsigned long watermark;
 830
 831         if (fatal_signal_pending(current))
 832                 return COMPACT_PARTIAL;
 833
 834         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 835         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
 836                 /*
 837                  * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
 838                  * by kswapd when it goes to sleep. kswapd does not set the
 839                  * flag itself as the decision to be clear should be directly
 840                  * based on an allocation request.
 841                  */
 842                 if (!current_is_kswapd())
 843                         zone->compact_blockskip_flush = true;
 844
 845                 return COMPACT_COMPLETE;
 846         }
 847
 848         /*
 849          * order == -1 is expected when compacting via
 850          * /proc/sys/vm/compact_memory
 851          */
 852         if (cc->order == -1)
 853                 return COMPACT_CONTINUE;
 854
 855         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 856         watermark = low_wmark_pages(zone);
 857         watermark += (1 << cc->order);
 858
 859         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 860                 return COMPACT_CONTINUE;
 861
 862         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 863         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 864                 struct free_area *area = &zone->free_area[order];
 865
 866                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
 867                 if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
 868                         return COMPACT_PARTIAL;
 869
 870                 /* Job done if allocation would set block type */
 871                 if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
 872                         return COMPACT_PARTIAL;
 873         }
 874
 875         return COMPACT_CONTINUE;
 876 }
 877
 878 /*
 879  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 880  * Returns
 881  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 882  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 883  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 884  */
 885 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 886 {
 887         int fragindex;
 888         unsigned long watermark;
 889
 890         /*
 891          * order == -1 is expected when compacting via
 892          * /proc/sys/vm/compact_memory
 893          */
 894         if (order == -1)
 895                 return COMPACT_CONTINUE;
 896
 897         /*
 898          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 899          * This is because during migration, copies of pages need to be
 900          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 901          */
 902         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 903         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 904                 return COMPACT_SKIPPED;
 905
 906         /*
 907          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 908          * low memory or external fragmentation
 909          *
 910          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 911          * watermarks
 912          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 913          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 914          *
 915          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 916          */
 917         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 918         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 919                 return COMPACT_SKIPPED;
 920
 921         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 922             0, 0))
 923                 return COMPACT_PARTIAL;
 924
 925         return COMPACT_CONTINUE;
 926 }
 927
 928 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 929 {
 930         int ret;
 931         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
 932         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
 933
 934         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
 935         switch (ret) {
 936         case COMPACT_PARTIAL:
 937         case COMPACT_SKIPPED:
 938                 /* Compaction is likely to fail */
 939                 return ret;
 940         case COMPACT_CONTINUE:
 941                 /* Fall through to compaction */
 942                 ;
 943         }
 944
 945         /*
 946          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
 947          * information on where the scanners should start but check that it
 948          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
 949          */
 950         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn;
 951         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
 952         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
 953                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
 954                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
 955         }
 956         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
 957                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
 958                 zone->compact_cached_migrate_pfn = cc->migrate_pfn;
 959         }
 960
 961         /*
 962          * Clear pageblock skip if there were failures recently and compaction
 963          * is about to be retried after being deferred. kswapd does not do
 964          * this reset as it'll reset the cached information when going to sleep.
 965          */
 966         if (compaction_restarting(zone, cc->order) && !current_is_kswapd())
 967                 __reset_isolation_suitable(zone);
 968
 969         migrate_prep_local();
 970
 971         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
 972                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
 973                 int err;
 974
 975                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
 976                 case ISOLATE_ABORT:
 977                         ret = COMPACT_PARTIAL;
 978                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
 979                         cc->nr_migratepages = 0;
 980                         goto out;
 981                 case ISOLATE_NONE:
 982                         continue;
 983                 case ISOLATE_SUCCESS:
 984                         ;
 985                 }
 986
 987                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
 988                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
 989                                 (unsigned long)cc,
 990                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC,
 991                                 MR_COMPACTION);
 992                 update_nr_listpages(cc);
 993                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
 994
 995                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
 996                                                 nr_remaining);
 997
 998                 /* Release isolated pages not migrated */
 999                 if (err) {
1000                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1001                         cc->nr_migratepages = 0;
1002                         if (err == -ENOMEM) {
1003                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
1004                                 goto out;
1005                         }
1006                 }
1007         }
1008
1009 out:
1010         /* Release free pages and check accounting */
1011         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
1012         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
1013
1014         return ret;
1015 }
1016
1017 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
1018                                  int order, gfp_t gfp_mask,
1019                                  bool sync, bool *contended)
1020 {
1021         unsigned long ret;
1022         struct compact_control cc = {
1023                 .nr_freepages = 0,
1024                 .nr_migratepages = 0,
1025                 .order = order,
1026                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1027                 .zone = zone,
1028                 .sync = sync,
1029         };
1030         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1031         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1032
1033         ret = compact_zone(zone, &cc);
1034
1035         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1036         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1037
1038         *contended = cc.contended;
1039         return ret;
1040 }
1041
1042 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1043
1044 /**
1045  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1046  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1047  * @order: The order of the current allocation
1048  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1049  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1050  * @sync: Whether migration is synchronous or not
1051  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1052  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1053  *
1054  * This is the main entry point for direct page compaction.
1055  */
1056 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1057                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1058                         bool sync, bool *contended)
1059 {
1060         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1061         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1062         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1063         struct zoneref *z;
1064         struct zone *zone;
1065         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1066         int alloc_flags = 0;
1067
1068         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1069         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1070                 return rc;
1071
1072         count_compact_event(COMPACTSTALL);
1073
1074 #ifdef CONFIG_CMA
1075         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1076                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1077 #endif
1078         /* Compact each zone in the list */
1079         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1080                                                                 nodemask) {
1081                 int status;
1082
1083                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
1084                                                 contended);
1085                 rc = max(status, rc);
1086
1087                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1088                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1089                                       alloc_flags))
1090                         break;
1091         }
1092
1093         return rc;
1094 }
1095
1096
1097 /* Compact all zones within a node */
1098 static void __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1099 {
1100         int zoneid;
1101         struct zone *zone;
1102
1103         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1104
1105                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1106                 if (!populated_zone(zone))
1107                         continue;
1108
1109                 cc->nr_freepages = 0;
1110                 cc->nr_migratepages = 0;
1111                 cc->zone = zone;
1112                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1113                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1114
1115                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1116                         compact_zone(zone, cc);
1117
1118                 if (cc->order > 0) {
1119                         int ok = zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1120                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0);
1121                         if (ok && cc->order >= zone->compact_order_failed)
1122                                 zone->compact_order_failed = cc->order + 1;
1123                         /* Currently async compaction is never deferred. */
1124                         else if (!ok && cc->sync)
1125                                 defer_compaction(zone, cc->order);
1126                 }
1127
1128                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1129                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1130         }
1131 }
1132
1133 void compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1134 {
1135         struct compact_control cc = {
1136                 .order = order,
1137                 .sync = false,
1138         };
1139
1140         if (!order)
1141                 return;
1142
1143         __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1144 }
1145
1146 static void compact_node(int nid)
1147 {
1148         struct compact_control cc = {
1149                 .order = -1,
1150                 .sync = true,
1151         };
1152
1153         __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1154 }
1155
1156 /* Compact all nodes in the system */
1157 static void compact_nodes(void)
1158 {
1159         int nid;
1160
1161         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1162         lru_add_drain_all();
1163
1164         for_each_online_node(nid)
1165                 compact_node(nid);
1166 }
1167
1168 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1169 int sysctl_compact_memory;
1170
1171 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1172 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1173                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1174 {
1175         if (write)
1176                 compact_nodes();
1177
1178         return 0;
1179 }
1180
1181 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1182                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1183 {
1184         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1185
1186         return 0;
1187 }
1188
1189 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1190 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1191                         struct device_attribute *attr,
1192                         const char *buf, size_t count)
1193 {
1194         int nid = dev->id;
1195
1196         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1197                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1198                 lru_add_drain_all();
1199
1200                 compact_node(nid);
1201         }
1202
1203         return count;
1204 }
1205 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1206
1207 int compaction_register_node(struct node *node)
1208 {
1209         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1210 }
1211
1212 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1213 {
1214         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1215 }
1216 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1217
1218 #endif /* CONFIG_COMPACTION */