mm, compaction: avoid isolating pinned pages
[platform/adaptation/renesas_rcar/renesas_kernel.git] / mm / compaction.c
1 /*
2  * linux/mm/compaction.c
3  *
4  * Memory compaction for the reduction of external fragmentation. Note that
5  * this heavily depends upon page migration to do all the real heavy
6  * lifting
7  *
8  * Copyright IBM Corp. 2007-2010 Mel Gorman <mel@csn.ul.ie>
9  */
10 #include <linux/swap.h>
11 #include <linux/migrate.h>
12 #include <linux/compaction.h>
13 #include <linux/mm_inline.h>
14 #include <linux/backing-dev.h>
15 #include <linux/sysctl.h>
16 #include <linux/sysfs.h>
17 #include <linux/balloon_compaction.h>
18 #include <linux/page-isolation.h>
19 #include "internal.h"
20
21 #ifdef CONFIG_COMPACTION
22 static inline void count_compact_event(enum vm_event_item item)
23 {
24         count_vm_event(item);
25 }
26
27 static inline void count_compact_events(enum vm_event_item item, long delta)
28 {
29         count_vm_events(item, delta);
30 }
31 #else
32 #define count_compact_event(item) do { } while (0)
33 #define count_compact_events(item, delta) do { } while (0)
34 #endif
35
36 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
37
38 #define CREATE_TRACE_POINTS
39 #include <trace/events/compaction.h>
40
41 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
42 {
43         struct page *page, *next;
44         unsigned long count = 0;
45
46         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
47                 list_del(&page->lru);
48                 __free_page(page);
49                 count++;
50         }
51
52         return count;
53 }
54
55 static void map_pages(struct list_head *list)
56 {
57         struct page *page;
58
59         list_for_each_entry(page, list, lru) {
60                 arch_alloc_page(page, 0);
61                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
62         }
63 }
64
65 static inline bool migrate_async_suitable(int migratetype)
66 {
67         return is_migrate_cma(migratetype) || migratetype == MIGRATE_MOVABLE;
68 }
69
70 #ifdef CONFIG_COMPACTION
71 /* Returns true if the pageblock should be scanned for pages to isolate. */
72 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
73                                         struct page *page)
74 {
75         if (cc->ignore_skip_hint)
76                 return true;
77
78         return !get_pageblock_skip(page);
79 }
80
81 /*
82  * This function is called to clear all cached information on pageblocks that
83  * should be skipped for page isolation when the migrate and free page scanner
84  * meet.
85  */
86 static void __reset_isolation_suitable(struct zone *zone)
87 {
88         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
89         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
90         unsigned long pfn;
91
92         zone->compact_cached_migrate_pfn = start_pfn;
93         zone->compact_cached_free_pfn = end_pfn;
94         zone->compact_blockskip_flush = false;
95
96         /* Walk the zone and mark every pageblock as suitable for isolation */
97         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
98                 struct page *page;
99
100                 cond_resched();
101
102                 if (!pfn_valid(pfn))
103                         continue;
104
105                 page = pfn_to_page(pfn);
106                 if (zone != page_zone(page))
107                         continue;
108
109                 clear_pageblock_skip(page);
110         }
111 }
112
113 void reset_isolation_suitable(pg_data_t *pgdat)
114 {
115         int zoneid;
116
117         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
118                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
119                 if (!populated_zone(zone))
120                         continue;
121
122                 /* Only flush if a full compaction finished recently */
123                 if (zone->compact_blockskip_flush)
124                         __reset_isolation_suitable(zone);
125         }
126 }
127
128 /*
129  * If no pages were isolated then mark this pageblock to be skipped in the
130  * future. The information is later cleared by __reset_isolation_suitable().
131  */
132 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
133                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
134                         bool migrate_scanner)
135 {
136         struct zone *zone = cc->zone;
137
138         if (cc->ignore_skip_hint)
139                 return;
140
141         if (!page)
142                 return;
143
144         if (!nr_isolated) {
145                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
146                 set_pageblock_skip(page);
147
148                 /* Update where compaction should restart */
149                 if (migrate_scanner) {
150                         if (!cc->finished_update_migrate &&
151                             pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn)
152                                 zone->compact_cached_migrate_pfn = pfn;
153                 } else {
154                         if (!cc->finished_update_free &&
155                             pfn < zone->compact_cached_free_pfn)
156                                 zone->compact_cached_free_pfn = pfn;
157                 }
158         }
159 }
160 #else
161 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
162                                         struct page *page)
163 {
164         return true;
165 }
166
167 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
168                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
169                         bool migrate_scanner)
170 {
171 }
172 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
173
174 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
175 {
176         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
177 }
178
179 /*
180  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
181  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
182  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
183  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
184  *
185  * Returns true if the lock is held.
186  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
187  */
188 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
189                                       bool locked, struct compact_control *cc)
190 {
191         if (should_release_lock(lock)) {
192                 if (locked) {
193                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
194                         locked = false;
195                 }
196
197                 /* async aborts if taking too long or contended */
198                 if (!cc->sync) {
199                         cc->contended = true;
200                         return false;
201                 }
202
203                 cond_resched();
204         }
205
206         if (!locked)
207                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
208         return true;
209 }
210
211 static inline bool compact_trylock_irqsave(spinlock_t *lock,
212                         unsigned long *flags, struct compact_control *cc)
213 {
214         return compact_checklock_irqsave(lock, flags, false, cc);
215 }
216
217 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
218 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
219 {
220         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
221
222         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
223         if (migratetype == MIGRATE_RESERVE)
224                 return false;
225
226         if (is_migrate_isolate(migratetype))
227                 return false;
228
229         /* If the page is a large free page, then allow migration */
230         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
231                 return true;
232
233         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
234         if (migrate_async_suitable(migratetype))
235                 return true;
236
237         /* Otherwise skip the block */
238         return false;
239 }
240
241 /*
242  * Isolate free pages onto a private freelist. If @strict is true, will abort
243  * returning 0 on any invalid PFNs or non-free pages inside of the pageblock
244  * (even though it may still end up isolating some pages).
245  */
246 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
247                                 unsigned long blockpfn,
248                                 unsigned long end_pfn,
249                                 struct list_head *freelist,
250                                 bool strict)
251 {
252         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
253         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
254         unsigned long flags;
255         bool locked = false;
256
257         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
258
259         /* Isolate free pages. */
260         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
261                 int isolated, i;
262                 struct page *page = cursor;
263
264                 nr_scanned++;
265                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
266                         goto isolate_fail;
267
268                 if (!valid_page)
269                         valid_page = page;
270                 if (!PageBuddy(page))
271                         goto isolate_fail;
272
273                 /*
274                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
275                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
276                  * heavily contended if there are parallel allocations
277                  * or parallel compactions. For async compaction do not
278                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
279                  * possible.
280                  */
281                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
282                                                                 locked, cc);
283                 if (!locked)
284                         break;
285
286                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
287                 if (!strict && !suitable_migration_target(page))
288                         break;
289
290                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
291                 if (!PageBuddy(page))
292                         goto isolate_fail;
293
294                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
295                 isolated = split_free_page(page);
296                 total_isolated += isolated;
297                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
298                         list_add(&page->lru, freelist);
299                         page++;
300                 }
301
302                 /* If a page was split, advance to the end of it */
303                 if (isolated) {
304                         blockpfn += isolated - 1;
305                         cursor += isolated - 1;
306                         continue;
307                 }
308
309 isolate_fail:
310                 if (strict)
311                         break;
312                 else
313                         continue;
314
315         }
316
317         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
318
319         /*
320          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
321          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
322          * returned and CMA will fail.
323          */
324         if (strict && blockpfn < end_pfn)
325                 total_isolated = 0;
326
327         if (locked)
328                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
329
330         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
331         if (blockpfn == end_pfn)
332                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, total_isolated, false);
333
334         count_compact_events(COMPACTFREE_SCANNED, nr_scanned);
335         if (total_isolated)
336                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, total_isolated);
337         return total_isolated;
338 }
339
340 /**
341  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
342  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
343  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
344  *
345  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
346  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
347  * undo its actions and return zero.
348  *
349  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
350  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
351  * a free page).
352  */
353 unsigned long
354 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
355                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
356 {
357         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
358         LIST_HEAD(freelist);
359
360         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
361                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
362                         break;
363
364                 /*
365                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
366                  * but we keep it that we not to complicate the code.
367                  */
368                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
369                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
370
371                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
372                                                    &freelist, true);
373
374                 /*
375                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
376                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
377                  * non-free pages).
378                  */
379                 if (!isolated)
380                         break;
381
382                 /*
383                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
384                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
385                  * page may span two pageblocks).
386                  */
387         }
388
389         /* split_free_page does not map the pages */
390         map_pages(&freelist);
391
392         if (pfn < end_pfn) {
393                 /* Loop terminated early, cleanup. */
394                 release_freepages(&freelist);
395                 return 0;
396         }
397
398         /* We don't use freelists for anything. */
399         return pfn;
400 }
401
402 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
403 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
404 {
405         struct page *page;
406         unsigned int count[2] = { 0, };
407
408         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
409                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
410
411         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
412         if (locked) {
413                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
414                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
415         } else {
416                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
417                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
418         }
419 }
420
421 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
422 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
423 {
424         unsigned long active, inactive, isolated;
425
426         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
427                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
428         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
429                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
430         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
431                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
432
433         return isolated > (inactive + active) / 2;
434 }
435
436 /**
437  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
438  * @zone:       Zone pages are in.
439  * @cc:         Compaction control structure.
440  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
441  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
442  * @unevictable: true if it allows to isolate unevictable pages
443  *
444  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
445  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
446  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
447  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
448  *
449  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
450  * zero.
451  *
452  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
453  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
454  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
455  */
456 unsigned long
457 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
458                 unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn, bool unevictable)
459 {
460         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
461         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
462         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
463         isolate_mode_t mode = 0;
464         struct lruvec *lruvec;
465         unsigned long flags;
466         bool locked = false;
467         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
468         bool skipped_async_unsuitable = false;
469
470         /*
471          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
472          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
473          * delay for some time until fewer pages are isolated
474          */
475         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
476                 /* async migration should just abort */
477                 if (!cc->sync)
478                         return 0;
479
480                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
481
482                 if (fatal_signal_pending(current))
483                         return 0;
484         }
485
486         /* Time to isolate some pages for migration */
487         cond_resched();
488         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
489                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
490                 if (locked && !((low_pfn+1) % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
491                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
492                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
493                                 locked = false;
494                         }
495                 }
496
497                 /*
498                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
499                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
500                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
501                  * memory holes within the zone
502                  */
503                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
504                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
505                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
506                                 continue;
507                         }
508                 }
509
510                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
511                         continue;
512                 nr_scanned++;
513
514                 /*
515                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
516                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
517                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
518                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
519                  */
520                 page = pfn_to_page(low_pfn);
521                 if (page_zone(page) != zone)
522                         continue;
523
524                 if (!valid_page)
525                         valid_page = page;
526
527                 /* If isolation recently failed, do not retry */
528                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
529                 if (!isolation_suitable(cc, page))
530                         goto next_pageblock;
531
532                 /*
533                  * Skip if free. page_order cannot be used without zone->lock
534                  * as nothing prevents parallel allocations or buddy merging.
535                  */
536                 if (PageBuddy(page))
537                         continue;
538
539                 /*
540                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
541                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
542                  * satisfies the allocation
543                  */
544                 if (!cc->sync && last_pageblock_nr != pageblock_nr &&
545                     !migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page))) {
546                         cc->finished_update_migrate = true;
547                         skipped_async_unsuitable = true;
548                         goto next_pageblock;
549                 }
550
551                 /*
552                  * Check may be lockless but that's ok as we recheck later.
553                  * It's possible to migrate LRU pages and balloon pages
554                  * Skip any other type of page
555                  */
556                 if (!PageLRU(page)) {
557                         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
558                                 if (locked && balloon_page_isolate(page)) {
559                                         /* Successfully isolated */
560                                         cc->finished_update_migrate = true;
561                                         list_add(&page->lru, migratelist);
562                                         cc->nr_migratepages++;
563                                         nr_isolated++;
564                                         goto check_compact_cluster;
565                                 }
566                         }
567                         continue;
568                 }
569
570                 /*
571                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
572                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
573                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
574                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
575                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
576                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
577                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
578                  * page underneath us may return surprising results.
579                  */
580                 if (PageTransHuge(page)) {
581                         if (!locked)
582                                 goto next_pageblock;
583                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
584                         continue;
585                 }
586
587                 /*
588                  * Migration will fail if an anonymous page is pinned in memory,
589                  * so avoid taking lru_lock and isolating it unnecessarily in an
590                  * admittedly racy check.
591                  */
592                 if (!page_mapping(page) &&
593                     page_count(page) > page_mapcount(page))
594                         continue;
595
596                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
597                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
598                                                                 locked, cc);
599                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
600                         break;
601
602                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
603                 if (!PageLRU(page))
604                         continue;
605                 if (PageTransHuge(page)) {
606                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
607                         continue;
608                 }
609
610                 if (!cc->sync)
611                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
612
613                 if (unevictable)
614                         mode |= ISOLATE_UNEVICTABLE;
615
616                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
617
618                 /* Try isolate the page */
619                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
620                         continue;
621
622                 VM_BUG_ON_PAGE(PageTransCompound(page), page);
623
624                 /* Successfully isolated */
625                 cc->finished_update_migrate = true;
626                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
627                 list_add(&page->lru, migratelist);
628                 cc->nr_migratepages++;
629                 nr_isolated++;
630
631 check_compact_cluster:
632                 /* Avoid isolating too much */
633                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
634                         ++low_pfn;
635                         break;
636                 }
637
638                 continue;
639
640 next_pageblock:
641                 low_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages) - 1;
642                 last_pageblock_nr = pageblock_nr;
643         }
644
645         acct_isolated(zone, locked, cc);
646
647         if (locked)
648                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
649
650         /*
651          * Update the pageblock-skip information and cached scanner pfn,
652          * if the whole pageblock was scanned without isolating any page.
653          * This is not done when pageblock was skipped due to being unsuitable
654          * for async compaction, so that eventual sync compaction can try.
655          */
656         if (low_pfn == end_pfn && !skipped_async_unsuitable)
657                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated, true);
658
659         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
660
661         count_compact_events(COMPACTMIGRATE_SCANNED, nr_scanned);
662         if (nr_isolated)
663                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, nr_isolated);
664
665         return low_pfn;
666 }
667
668 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
669 #ifdef CONFIG_COMPACTION
670 /*
671  * Based on information in the current compact_control, find blocks
672  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
673  */
674 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
675                                 struct compact_control *cc)
676 {
677         struct page *page;
678         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, z_end_pfn;
679         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
680         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
681
682         /*
683          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
684          * successfully isolated from, zone-cached value, or the end of the
685          * zone when isolating for the first time. We need this aligned to
686          * the pageblock boundary, because we do pfn -= pageblock_nr_pages
687          * in the for loop.
688          * The low boundary is the end of the pageblock the migration scanner
689          * is using.
690          */
691         pfn = cc->free_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
692         low_pfn = ALIGN(cc->migrate_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
693
694         /*
695          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
696          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
697          * in the next isolation cycle.
698          */
699         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
700
701         z_end_pfn = zone_end_pfn(zone);
702
703         /*
704          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
705          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
706          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
707          */
708         for (; pfn >= low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
709                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
710                 unsigned long isolated;
711                 unsigned long end_pfn;
712
713                 /*
714                  * This can iterate a massively long zone without finding any
715                  * suitable migration targets, so periodically check if we need
716                  * to schedule.
717                  */
718                 cond_resched();
719
720                 if (!pfn_valid(pfn))
721                         continue;
722
723                 /*
724                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
725                  * configurations to have a setup like
726                  * node0 node1 node0
727                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
728                  * pages do not belong to a single zone.
729                  */
730                 page = pfn_to_page(pfn);
731                 if (page_zone(page) != zone)
732                         continue;
733
734                 /* Check the block is suitable for migration */
735                 if (!suitable_migration_target(page))
736                         continue;
737
738                 /* If isolation recently failed, do not retry */
739                 if (!isolation_suitable(cc, page))
740                         continue;
741
742                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
743                 isolated = 0;
744
745                 /*
746                  * Take care when isolating in last pageblock of a zone which
747                  * ends in the middle of a pageblock.
748                  */
749                 end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, z_end_pfn);
750                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, end_pfn,
751                                                    freelist, false);
752                 nr_freepages += isolated;
753
754                 /*
755                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
756                  * looking for free pages, the search will restart here as
757                  * page migration may have returned some pages to the allocator
758                  */
759                 if (isolated) {
760                         cc->finished_update_free = true;
761                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
762                 }
763         }
764
765         /* split_free_page does not map the pages */
766         map_pages(freelist);
767
768         /*
769          * If we crossed the migrate scanner, we want to keep it that way
770          * so that compact_finished() may detect this
771          */
772         if (pfn < low_pfn)
773                 cc->free_pfn = max(pfn, zone->zone_start_pfn);
774         else
775                 cc->free_pfn = high_pfn;
776         cc->nr_freepages = nr_freepages;
777 }
778
779 /*
780  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
781  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
782  */
783 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
784                                         unsigned long data,
785                                         int **result)
786 {
787         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
788         struct page *freepage;
789
790         /* Isolate free pages if necessary */
791         if (list_empty(&cc->freepages)) {
792                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
793
794                 if (list_empty(&cc->freepages))
795                         return NULL;
796         }
797
798         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
799         list_del(&freepage->lru);
800         cc->nr_freepages--;
801
802         return freepage;
803 }
804
805 /*
806  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
807  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
808  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
809  */
810 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
811 {
812         int nr_migratepages = 0;
813         int nr_freepages = 0;
814         struct page *page;
815
816         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
817                 nr_migratepages++;
818         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
819                 nr_freepages++;
820
821         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
822         cc->nr_freepages = nr_freepages;
823 }
824
825 /* possible outcome of isolate_migratepages */
826 typedef enum {
827         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
828         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
829         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
830 } isolate_migrate_t;
831
832 /*
833  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
834  * the migrate scanner within compact_control.
835  */
836 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
837                                         struct compact_control *cc)
838 {
839         unsigned long low_pfn, end_pfn;
840
841         /* Do not scan outside zone boundaries */
842         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
843
844         /* Only scan within a pageblock boundary */
845         end_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
846
847         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
848         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
849                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
850                 return ISOLATE_NONE;
851         }
852
853         /* Perform the isolation */
854         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn, false);
855         if (!low_pfn || cc->contended)
856                 return ISOLATE_ABORT;
857
858         cc->migrate_pfn = low_pfn;
859
860         return ISOLATE_SUCCESS;
861 }
862
863 static int compact_finished(struct zone *zone,
864                             struct compact_control *cc)
865 {
866         unsigned int order;
867         unsigned long watermark;
868
869         if (fatal_signal_pending(current))
870                 return COMPACT_PARTIAL;
871
872         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
873         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
874                 /* Let the next compaction start anew. */
875                 zone->compact_cached_migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
876                 zone->compact_cached_free_pfn = zone_end_pfn(zone);
877
878                 /*
879                  * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
880                  * by kswapd when it goes to sleep. kswapd does not set the
881                  * flag itself as the decision to be clear should be directly
882                  * based on an allocation request.
883                  */
884                 if (!current_is_kswapd())
885                         zone->compact_blockskip_flush = true;
886
887                 return COMPACT_COMPLETE;
888         }
889
890         /*
891          * order == -1 is expected when compacting via
892          * /proc/sys/vm/compact_memory
893          */
894         if (cc->order == -1)
895                 return COMPACT_CONTINUE;
896
897         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
898         watermark = low_wmark_pages(zone);
899         watermark += (1 << cc->order);
900
901         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
902                 return COMPACT_CONTINUE;
903
904         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
905         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
906                 struct free_area *area = &zone->free_area[order];
907
908                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
909                 if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
910                         return COMPACT_PARTIAL;
911
912                 /* Job done if allocation would set block type */
913                 if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
914                         return COMPACT_PARTIAL;
915         }
916
917         return COMPACT_CONTINUE;
918 }
919
920 /*
921  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
922  * Returns
923  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
924  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
925  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
926  */
927 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
928 {
929         int fragindex;
930         unsigned long watermark;
931
932         /*
933          * order == -1 is expected when compacting via
934          * /proc/sys/vm/compact_memory
935          */
936         if (order == -1)
937                 return COMPACT_CONTINUE;
938
939         /*
940          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
941          * This is because during migration, copies of pages need to be
942          * allocated and for a short time, the footprint is higher
943          */
944         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
945         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
946                 return COMPACT_SKIPPED;
947
948         /*
949          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
950          * low memory or external fragmentation
951          *
952          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
953          * watermarks
954          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
955          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
956          *
957          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
958          */
959         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
960         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
961                 return COMPACT_SKIPPED;
962
963         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
964             0, 0))
965                 return COMPACT_PARTIAL;
966
967         return COMPACT_CONTINUE;
968 }
969
970 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
971 {
972         int ret;
973         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
974         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
975
976         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
977         switch (ret) {
978         case COMPACT_PARTIAL:
979         case COMPACT_SKIPPED:
980                 /* Compaction is likely to fail */
981                 return ret;
982         case COMPACT_CONTINUE:
983                 /* Fall through to compaction */
984                 ;
985         }
986
987         /*
988          * Clear pageblock skip if there were failures recently and compaction
989          * is about to be retried after being deferred. kswapd does not do
990          * this reset as it'll reset the cached information when going to sleep.
991          */
992         if (compaction_restarting(zone, cc->order) && !current_is_kswapd())
993                 __reset_isolation_suitable(zone);
994
995         /*
996          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
997          * information on where the scanners should start but check that it
998          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
999          */
1000         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn;
1001         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
1002         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
1003                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1004                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
1005         }
1006         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
1007                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
1008                 zone->compact_cached_migrate_pfn = cc->migrate_pfn;
1009         }
1010
1011         trace_mm_compaction_begin(start_pfn, cc->migrate_pfn, cc->free_pfn, end_pfn);
1012
1013         migrate_prep_local();
1014
1015         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
1016                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
1017                 int err;
1018
1019                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
1020                 case ISOLATE_ABORT:
1021                         ret = COMPACT_PARTIAL;
1022                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1023                         cc->nr_migratepages = 0;
1024                         goto out;
1025                 case ISOLATE_NONE:
1026                         continue;
1027                 case ISOLATE_SUCCESS:
1028                         ;
1029                 }
1030
1031                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
1032                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
1033                                 (unsigned long)cc,
1034                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC,
1035                                 MR_COMPACTION);
1036                 update_nr_listpages(cc);
1037                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
1038
1039                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
1040                                                 nr_remaining);
1041
1042                 /* Release isolated pages not migrated */
1043                 if (err) {
1044                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1045                         cc->nr_migratepages = 0;
1046                         /*
1047                          * migrate_pages() may return -ENOMEM when scanners meet
1048                          * and we want compact_finished() to detect it
1049                          */
1050                         if (err == -ENOMEM && cc->free_pfn > cc->migrate_pfn) {
1051                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
1052                                 goto out;
1053                         }
1054                 }
1055         }
1056
1057 out:
1058         /* Release free pages and check accounting */
1059         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
1060         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
1061
1062         trace_mm_compaction_end(ret);
1063
1064         return ret;
1065 }
1066
1067 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
1068                                  int order, gfp_t gfp_mask,
1069                                  bool sync, bool *contended)
1070 {
1071         unsigned long ret;
1072         struct compact_control cc = {
1073                 .nr_freepages = 0,
1074                 .nr_migratepages = 0,
1075                 .order = order,
1076                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1077                 .zone = zone,
1078                 .sync = sync,
1079         };
1080         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1081         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1082
1083         ret = compact_zone(zone, &cc);
1084
1085         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1086         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1087
1088         *contended = cc.contended;
1089         return ret;
1090 }
1091
1092 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1093
1094 /**
1095  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1096  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1097  * @order: The order of the current allocation
1098  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1099  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1100  * @sync: Whether migration is synchronous or not
1101  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1102  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1103  *
1104  * This is the main entry point for direct page compaction.
1105  */
1106 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1107                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1108                         bool sync, bool *contended)
1109 {
1110         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1111         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1112         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1113         struct zoneref *z;
1114         struct zone *zone;
1115         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1116         int alloc_flags = 0;
1117
1118         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1119         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1120                 return rc;
1121
1122         count_compact_event(COMPACTSTALL);
1123
1124 #ifdef CONFIG_CMA
1125         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1126                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1127 #endif
1128         /* Compact each zone in the list */
1129         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1130                                                                 nodemask) {
1131                 int status;
1132
1133                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
1134                                                 contended);
1135                 rc = max(status, rc);
1136
1137                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1138                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1139                                       alloc_flags))
1140                         break;
1141         }
1142
1143         return rc;
1144 }
1145
1146
1147 /* Compact all zones within a node */
1148 static void __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1149 {
1150         int zoneid;
1151         struct zone *zone;
1152
1153         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1154
1155                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1156                 if (!populated_zone(zone))
1157                         continue;
1158
1159                 cc->nr_freepages = 0;
1160                 cc->nr_migratepages = 0;
1161                 cc->zone = zone;
1162                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1163                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1164
1165                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1166                         compact_zone(zone, cc);
1167
1168                 if (cc->order > 0) {
1169                         if (zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1170                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0))
1171                                 compaction_defer_reset(zone, cc->order, false);
1172                         /* Currently async compaction is never deferred. */
1173                         else if (cc->sync)
1174                                 defer_compaction(zone, cc->order);
1175                 }
1176
1177                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1178                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1179         }
1180 }
1181
1182 void compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1183 {
1184         struct compact_control cc = {
1185                 .order = order,
1186                 .sync = false,
1187         };
1188
1189         if (!order)
1190                 return;
1191
1192         __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1193 }
1194
1195 static void compact_node(int nid)
1196 {
1197         struct compact_control cc = {
1198                 .order = -1,
1199                 .sync = true,
1200         };
1201
1202         __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1203 }
1204
1205 /* Compact all nodes in the system */
1206 static void compact_nodes(void)
1207 {
1208         int nid;
1209
1210         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1211         lru_add_drain_all();
1212
1213         for_each_online_node(nid)
1214                 compact_node(nid);
1215 }
1216
1217 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1218 int sysctl_compact_memory;
1219
1220 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1221 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1222                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1223 {
1224         if (write)
1225                 compact_nodes();
1226
1227         return 0;
1228 }
1229
1230 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1231                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1232 {
1233         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1234
1235         return 0;
1236 }
1237
1238 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1239 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1240                         struct device_attribute *attr,
1241                         const char *buf, size_t count)
1242 {
1243         int nid = dev->id;
1244
1245         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1246                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1247                 lru_add_drain_all();
1248
1249                 compact_node(nid);
1250         }
1251
1252         return count;
1253 }
1254 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1255
1256 int compaction_register_node(struct node *node)
1257 {
1258         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1259 }
1260
1261 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1262 {
1263         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1264 }
1265 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1266
1267 #endif /* CONFIG_COMPACTION */