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