mm/compaction.c

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