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[0] = start_pfn;
  93         zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = start_pfn;
  94         zone->compact_cached_free_pfn = end_pfn;
  95         zone->compact_blockskip_flush = false;
  96
  97         /* Walk the zone and mark every pageblock as suitable for isolation */
  98         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
  99                 struct page *page;
 100
 101                 cond_resched();
 102
 103                 if (!pfn_valid(pfn))
 104                         continue;
 105
 106                 page = pfn_to_page(pfn);
 107                 if (zone != page_zone(page))
 108                         continue;
 109
 110                 clear_pageblock_skip(page);
 111         }
 112 }
 113
 114 void reset_isolation_suitable(pg_data_t *pgdat)
 115 {
 116         int zoneid;
 117
 118         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
 119                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
 120                 if (!populated_zone(zone))
 121                         continue;
 122
 123                 /* Only flush if a full compaction finished recently */
 124                 if (zone->compact_blockskip_flush)
 125                         __reset_isolation_suitable(zone);
 126         }
 127 }
 128
 129 /*
 130  * If no pages were isolated then mark this pageblock to be skipped in the
 131  * future. The information is later cleared by __reset_isolation_suitable().
 132  */
 133 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 134                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 135                         bool set_unsuitable, bool migrate_scanner)
 136 {
 137         struct zone *zone = cc->zone;
 138         unsigned long pfn;
 139
 140         if (cc->ignore_skip_hint)
 141                 return;
 142
 143         if (!page)
 144                 return;
 145
 146         if (nr_isolated)
 147                 return;
 148
 149         /*
 150          * Only skip pageblocks when all forms of compaction will be known to
 151          * fail in the near future.
 152          */
 153         if (set_unsuitable)
 154                 set_pageblock_skip(page);
 155
 156         pfn = page_to_pfn(page);
 157
 158         /* Update where async and sync compaction should restart */
 159         if (migrate_scanner) {
 160                 if (cc->finished_update_migrate)
 161                         return;
 162                 if (pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn[0])
 163                         zone->compact_cached_migrate_pfn[0] = pfn;
 164                 if (cc->mode != MIGRATE_ASYNC &&
 165                     pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn[1])
 166                         zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = pfn;
 167         } else {
 168                 if (cc->finished_update_free)
 169                         return;
 170                 if (pfn < zone->compact_cached_free_pfn)
 171                         zone->compact_cached_free_pfn = pfn;
 172         }
 173 }
 174 #else
 175 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
 176                                         struct page *page)
 177 {
 178         return true;
 179 }
 180
 181 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 182                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 183                         bool set_unsuitable, bool migrate_scanner)
 184 {
 185 }
 186 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
 187
 188 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
 189 {
 190         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
 191 }
 192
 193 /*
 194  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
 195  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
 196  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
 197  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
 198  *
 199  * Returns true if the lock is held.
 200  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
 201  */
 202 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
 203                                       bool locked, struct compact_control *cc)
 204 {
 205         if (should_release_lock(lock)) {
 206                 if (locked) {
 207                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
 208                         locked = false;
 209                 }
 210
 211                 /* async aborts if taking too long or contended */
 212                 if (cc->mode == MIGRATE_ASYNC) {
 213                         cc->contended = true;
 214                         return false;
 215                 }
 216
 217                 cond_resched();
 218         }
 219
 220         if (!locked)
 221                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
 222         return true;
 223 }
 224
 225 /*
 226  * Aside from avoiding lock contention, compaction also periodically checks
 227  * need_resched() and either schedules in sync compaction or aborts async
 228  * compaction. This is similar to what compact_checklock_irqsave() does, but
 229  * is used where no lock is concerned.
 230  *
 231  * Returns false when no scheduling was needed, or sync compaction scheduled.
 232  * Returns true when async compaction should abort.
 233  */
 234 static inline bool compact_should_abort(struct compact_control *cc)
 235 {
 236         /* async compaction aborts if contended */
 237         if (need_resched()) {
 238                 if (cc->mode == MIGRATE_ASYNC) {
 239                         cc->contended = true;
 240                         return true;
 241                 }
 242
 243                 cond_resched();
 244         }
 245
 246         return false;
 247 }
 248
 249 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
 250 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
 251 {
 252         /* If the page is a large free page, then disallow migration */
 253         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 254                 return false;
 255
 256         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 257         if (migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page)))
 258                 return true;
 259
 260         /* Otherwise skip the block */
 261         return false;
 262 }
 263
 264 /*
 265  * Isolate free pages onto a private freelist. If @strict is true, will abort
 266  * returning 0 on any invalid PFNs or non-free pages inside of the pageblock
 267  * (even though it may still end up isolating some pages).
 268  */
 269 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
 270                                 unsigned long blockpfn,
 271                                 unsigned long end_pfn,
 272                                 struct list_head *freelist,
 273                                 bool strict)
 274 {
 275         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
 276         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
 277         unsigned long flags;
 278         bool locked = false;
 279         bool checked_pageblock = false;
 280
 281         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
 282
 283         /* Isolate free pages. */
 284         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
 285                 int isolated, i;
 286                 struct page *page = cursor;
 287
 288                 nr_scanned++;
 289                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
 290                         goto isolate_fail;
 291
 292                 if (!valid_page)
 293                         valid_page = page;
 294                 if (!PageBuddy(page))
 295                         goto isolate_fail;
 296
 297                 /*
 298                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
 299                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
 300                  * heavily contended if there are parallel allocations
 301                  * or parallel compactions. For async compaction do not
 302                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
 303                  * possible.
 304                  */
 305                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
 306                                                                 locked, cc);
 307                 if (!locked)
 308                         break;
 309
 310                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
 311                 if (!strict && !checked_pageblock) {
 312                         /*
 313                          * We need to check suitability of pageblock only once
 314                          * and this isolate_freepages_block() is called with
 315                          * pageblock range, so just check once is sufficient.
 316                          */
 317                         checked_pageblock = true;
 318                         if (!suitable_migration_target(page))
 319                                 break;
 320                 }
 321
 322                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
 323                 if (!PageBuddy(page))
 324                         goto isolate_fail;
 325
 326                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
 327                 isolated = split_free_page(page);
 328                 total_isolated += isolated;
 329                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
 330                         list_add(&page->lru, freelist);
 331                         page++;
 332                 }
 333
 334                 /* If a page was split, advance to the end of it */
 335                 if (isolated) {
 336                         blockpfn += isolated - 1;
 337                         cursor += isolated - 1;
 338                         continue;
 339                 }
 340
 341 isolate_fail:
 342                 if (strict)
 343                         break;
 344                 else
 345                         continue;
 346
 347         }
 348
 349         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
 350
 351         /*
 352          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
 353          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
 354          * returned and CMA will fail.
 355          */
 356         if (strict && blockpfn < end_pfn)
 357                 total_isolated = 0;
 358
 359         if (locked)
 360                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 361
 362         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 363         if (blockpfn == end_pfn)
 364                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, total_isolated, true,
 365                                       false);
 366
 367         count_compact_events(COMPACTFREE_SCANNED, nr_scanned);
 368         if (total_isolated)
 369                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, total_isolated);
 370         return total_isolated;
 371 }
 372
 373 /**
 374  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
 375  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 376  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 377  *
 378  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
 379  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
 380  * undo its actions and return zero.
 381  *
 382  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
 383  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
 384  * a free page).
 385  */
 386 unsigned long
 387 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
 388                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 389 {
 390         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
 391         LIST_HEAD(freelist);
 392
 393         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
 394                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
 395                         break;
 396
 397                 /*
 398                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
 399                  * but we keep it that we not to complicate the code.
 400                  */
 401                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 402                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
 403
 404                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
 405                                                    &freelist, true);
 406
 407                 /*
 408                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
 409                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
 410                  * non-free pages).
 411                  */
 412                 if (!isolated)
 413                         break;
 414
 415                 /*
 416                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
 417                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
 418                  * page may span two pageblocks).
 419                  */
 420         }
 421
 422         /* split_free_page does not map the pages */
 423         map_pages(&freelist);
 424
 425         if (pfn < end_pfn) {
 426                 /* Loop terminated early, cleanup. */
 427                 release_freepages(&freelist);
 428                 return 0;
 429         }
 430
 431         /* We don't use freelists for anything. */
 432         return pfn;
 433 }
 434
 435 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 436 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
 437 {
 438         struct page *page;
 439         unsigned int count[2] = { 0, };
 440
 441         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 442                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
 443
 444         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
 445         if (locked) {
 446                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 447                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 448         } else {
 449                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 450                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 451         }
 452 }
 453
 454 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 455 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 456 {
 457         unsigned long active, inactive, isolated;
 458
 459         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 460                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 461         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
 462                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
 463         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 464                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 465
 466         return isolated > (inactive + active) / 2;
 467 }
 468
 469 /**
 470  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
 471  * @zone:       Zone pages are in.
 472  * @cc:         Compaction control structure.
 473  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
 474  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
 475  * @unevictable: true if it allows to isolate unevictable pages
 476  *
 477  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
 478  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
 479  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
 480  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
 481  *
 482  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
 483  * zero.
 484  *
 485  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
 486  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
 487  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
 488  */
 489 unsigned long
 490 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
 491                 unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn, bool unevictable)
 492 {
 493         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
 494         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
 495         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 496         struct lruvec *lruvec;
 497         unsigned long flags;
 498         bool locked = false;
 499         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
 500         bool set_unsuitable = true;
 501         const isolate_mode_t mode = (cc->mode == MIGRATE_ASYNC ?
 502                                         ISOLATE_ASYNC_MIGRATE : 0) |
 503                                     (unevictable ? ISOLATE_UNEVICTABLE : 0);
 504
 505         /*
 506          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 507          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 508          * delay for some time until fewer pages are isolated
 509          */
 510         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 511                 /* async migration should just abort */
 512                 if (cc->mode == MIGRATE_ASYNC)
 513                         return 0;
 514
 515                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 516
 517                 if (fatal_signal_pending(current))
 518                         return 0;
 519         }
 520
 521         if (compact_should_abort(cc))
 522                 return 0;
 523
 524         /* Time to isolate some pages for migration */
 525         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 526                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
 527                 if (locked && !(low_pfn % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
 528                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
 529                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 530                                 locked = false;
 531                         }
 532                 }
 533
 534                 /*
 535                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
 536                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
 537                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
 538                  * memory holes within the zone
 539                  */
 540                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
 541                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
 542                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
 543                                 continue;
 544                         }
 545                 }
 546
 547                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 548                         continue;
 549                 nr_scanned++;
 550
 551                 /*
 552                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
 553                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
 554                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
 555                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
 556                  */
 557                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 558                 if (page_zone(page) != zone)
 559                         continue;
 560
 561                 if (!valid_page)
 562                         valid_page = page;
 563
 564                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 565                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
 566                 if (last_pageblock_nr != pageblock_nr) {
 567                         int mt;
 568
 569                         last_pageblock_nr = pageblock_nr;
 570                         if (!isolation_suitable(cc, page))
 571                                 goto next_pageblock;
 572
 573                         /*
 574                          * For async migration, also only scan in MOVABLE
 575                          * blocks. Async migration is optimistic to see if
 576                          * the minimum amount of work satisfies the allocation
 577                          */
 578                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
 579                         if (cc->mode == MIGRATE_ASYNC &&
 580                             !migrate_async_suitable(mt)) {
 581                                 set_unsuitable = false;
 582                                 goto next_pageblock;
 583                         }
 584                 }
 585
 586                 /*
 587                  * Skip if free. page_order cannot be used without zone->lock
 588                  * as nothing prevents parallel allocations or buddy merging.
 589                  */
 590                 if (PageBuddy(page))
 591                         continue;
 592
 593                 /*
 594                  * Check may be lockless but that's ok as we recheck later.
 595                  * It's possible to migrate LRU pages and balloon pages
 596                  * Skip any other type of page
 597                  */
 598                 if (!PageLRU(page)) {
 599                         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
 600                                 if (locked && balloon_page_isolate(page)) {
 601                                         /* Successfully isolated */
 602                                         goto isolate_success;
 603                                 }
 604                         }
 605                         continue;
 606                 }
 607
 608                 /*
 609                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
 610                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
 611                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
 612                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
 613                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
 614                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
 615                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
 616                  * page underneath us may return surprising results.
 617                  */
 618                 if (PageTransHuge(page)) {
 619                         if (!locked)
 620                                 goto next_pageblock;
 621                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 622                         continue;
 623                 }
 624
 625                 /*
 626                  * Migration will fail if an anonymous page is pinned in memory,
 627                  * so avoid taking lru_lock and isolating it unnecessarily in an
 628                  * admittedly racy check.
 629                  */
 630                 if (!page_mapping(page) &&
 631                     page_count(page) > page_mapcount(page))
 632                         continue;
 633
 634                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
 635                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
 636                                                                 locked, cc);
 637                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
 638                         break;
 639
 640                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
 641                 if (!PageLRU(page))
 642                         continue;
 643                 if (PageTransHuge(page)) {
 644                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 645                         continue;
 646                 }
 647
 648                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 649
 650                 /* Try isolate the page */
 651                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
 652                         continue;
 653
 654                 VM_BUG_ON_PAGE(PageTransCompound(page), page);
 655
 656                 /* Successfully isolated */
 657                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
 658
 659 isolate_success:
 660                 cc->finished_update_migrate = true;
 661                 list_add(&page->lru, migratelist);
 662                 cc->nr_migratepages++;
 663                 nr_isolated++;
 664
 665                 /* Avoid isolating too much */
 666                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
 667                         ++low_pfn;
 668                         break;
 669                 }
 670
 671                 continue;
 672
 673 next_pageblock:
 674                 low_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages) - 1;
 675         }
 676
 677         acct_isolated(zone, locked, cc);
 678
 679         if (locked)
 680                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 681
 682         /*
 683          * Update the pageblock-skip information and cached scanner pfn,
 684          * if the whole pageblock was scanned without isolating any page.
 685          */
 686         if (low_pfn == end_pfn)
 687                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated,
 688                                       set_unsuitable, true);
 689
 690         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 691
 692         count_compact_events(COMPACTMIGRATE_SCANNED, nr_scanned);
 693         if (nr_isolated)
 694                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, nr_isolated);
 695
 696         return low_pfn;
 697 }
 698
 699 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 700 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 701 /*
 702  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 703  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 704  */
 705 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 706                                 struct compact_control *cc)
 707 {
 708         struct page *page;
 709         unsigned long block_start_pfn;  /* start of current pageblock */
 710         unsigned long block_end_pfn;    /* end of current pageblock */
 711         unsigned long low_pfn;       /* lowest pfn scanner is able to scan */
 712         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 713         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 714
 715         /*
 716          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 717          * successfully isolated from, zone-cached value, or the end of the
 718          * zone when isolating for the first time. We need this aligned to
 719          * the pageblock boundary, because we do
 720          * block_start_pfn -= pageblock_nr_pages in the for loop.
 721          * For ending point, take care when isolating in last pageblock of a
 722          * a zone which ends in the middle of a pageblock.
 723          * The low boundary is the end of the pageblock the migration scanner
 724          * is using.
 725          */
 726         block_start_pfn = cc->free_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
 727         block_end_pfn = min(block_start_pfn + pageblock_nr_pages,
 728                                                 zone_end_pfn(zone));
 729         low_pfn = ALIGN(cc->migrate_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 730
 731         /*
 732          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 733          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 734          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 735          */
 736         for (; block_start_pfn >= low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 737                                 block_end_pfn = block_start_pfn,
 738                                 block_start_pfn -= pageblock_nr_pages) {
 739                 unsigned long isolated;
 740
 741                 /*
 742                  * This can iterate a massively long zone without finding any
 743                  * suitable migration targets, so periodically check if we need
 744                  * to schedule, or even abort async compaction.
 745                  */
 746                 if (!(block_start_pfn % (SWAP_CLUSTER_MAX * pageblock_nr_pages))
 747                                                 && compact_should_abort(cc))
 748                         break;
 749
 750                 if (!pfn_valid(block_start_pfn))
 751                         continue;
 752
 753                 /*
 754                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 755                  * configurations to have a setup like
 756                  * node0 node1 node0
 757                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 758                  * pages do not belong to a single zone.
 759                  */
 760                 page = pfn_to_page(block_start_pfn);
 761                 if (page_zone(page) != zone)
 762                         continue;
 763
 764                 /* Check the block is suitable for migration */
 765                 if (!suitable_migration_target(page))
 766                         continue;
 767
 768                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 769                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 770                         continue;
 771
 772                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
 773                 cc->free_pfn = block_start_pfn;
 774                 isolated = isolate_freepages_block(cc, block_start_pfn,
 775                                         block_end_pfn, freelist, false);
 776                 nr_freepages += isolated;
 777
 778                 /*
 779                  * Set a flag that we successfully isolated in this pageblock.
 780                  * In the next loop iteration, zone->compact_cached_free_pfn
 781                  * will not be updated and thus it will effectively contain the
 782                  * highest pageblock we isolated pages from.
 783                  */
 784                 if (isolated)
 785                         cc->finished_update_free = true;
 786
 787                 /*
 788                  * isolate_freepages_block() might have aborted due to async
 789                  * compaction being contended
 790                  */
 791                 if (cc->contended)
 792                         break;
 793         }
 794
 795         /* split_free_page does not map the pages */
 796         map_pages(freelist);
 797
 798         /*
 799          * If we crossed the migrate scanner, we want to keep it that way
 800          * so that compact_finished() may detect this
 801          */
 802         if (block_start_pfn < low_pfn)
 803                 cc->free_pfn = cc->migrate_pfn;
 804
 805         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 806 }
 807
 808 /*
 809  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 810  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 811  */
 812 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 813                                         unsigned long data,
 814                                         int **result)
 815 {
 816         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 817         struct page *freepage;
 818
 819         /*
 820          * Isolate free pages if necessary, and if we are not aborting due to
 821          * contention.
 822          */
 823         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 824                 if (!cc->contended)
 825                         isolate_freepages(cc->zone, cc);
 826
 827                 if (list_empty(&cc->freepages))
 828                         return NULL;
 829         }
 830
 831         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 832         list_del(&freepage->lru);
 833         cc->nr_freepages--;
 834
 835         return freepage;
 836 }
 837
 838 /*
 839  * This is a migrate-callback that "frees" freepages back to the isolated
 840  * freelist.  All pages on the freelist are from the same zone, so there is no
 841  * special handling needed for NUMA.
 842  */
 843 static void compaction_free(struct page *page, unsigned long data)
 844 {
 845         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 846
 847         list_add(&page->lru, &cc->freepages);
 848         cc->nr_freepages++;
 849 }
 850
 851 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 852 typedef enum {
 853         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 854         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 855         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 856 } isolate_migrate_t;
 857
 858 /*
 859  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 860  * the migrate scanner within compact_control.
 861  */
 862 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 863                                         struct compact_control *cc)
 864 {
 865         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 866
 867         /* Do not scan outside zone boundaries */
 868         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 869
 870         /* Only scan within a pageblock boundary */
 871         end_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 872
 873         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 874         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 875                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 876                 return ISOLATE_NONE;
 877         }
 878
 879         /* Perform the isolation */
 880         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn, false);
 881         if (!low_pfn || cc->contended)
 882                 return ISOLATE_ABORT;
 883
 884         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 885
 886         return ISOLATE_SUCCESS;
 887 }
 888
 889 static int compact_finished(struct zone *zone,
 890                             struct compact_control *cc)
 891 {
 892         unsigned int order;
 893         unsigned long watermark;
 894
 895         if (cc->contended || fatal_signal_pending(current))
 896                 return COMPACT_PARTIAL;
 897
 898         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 899         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
 900                 /* Let the next compaction start anew. */
 901                 zone->compact_cached_migrate_pfn[0] = zone->zone_start_pfn;
 902                 zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = zone->zone_start_pfn;
 903                 zone->compact_cached_free_pfn = zone_end_pfn(zone);
 904
 905                 /*
 906                  * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
 907                  * by kswapd when it goes to sleep. kswapd does not set the
 908                  * flag itself as the decision to be clear should be directly
 909                  * based on an allocation request.
 910                  */
 911                 if (!current_is_kswapd())
 912                         zone->compact_blockskip_flush = true;
 913
 914                 return COMPACT_COMPLETE;
 915         }
 916
 917         /*
 918          * order == -1 is expected when compacting via
 919          * /proc/sys/vm/compact_memory
 920          */
 921         if (cc->order == -1)
 922                 return COMPACT_CONTINUE;
 923
 924         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 925         watermark = low_wmark_pages(zone);
 926         watermark += (1 << cc->order);
 927
 928         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 929                 return COMPACT_CONTINUE;
 930
 931         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 932         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 933                 struct free_area *area = &zone->free_area[order];
 934
 935                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
 936                 if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
 937                         return COMPACT_PARTIAL;
 938
 939                 /* Job done if allocation would set block type */
 940                 if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
 941                         return COMPACT_PARTIAL;
 942         }
 943
 944         return COMPACT_CONTINUE;
 945 }
 946
 947 /*
 948  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 949  * Returns
 950  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 951  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 952  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 953  */
 954 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 955 {
 956         int fragindex;
 957         unsigned long watermark;
 958
 959         /*
 960          * order == -1 is expected when compacting via
 961          * /proc/sys/vm/compact_memory
 962          */
 963         if (order == -1)
 964                 return COMPACT_CONTINUE;
 965
 966         /*
 967          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 968          * This is because during migration, copies of pages need to be
 969          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 970          */
 971         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 972         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 973                 return COMPACT_SKIPPED;
 974
 975         /*
 976          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 977          * low memory or external fragmentation
 978          *
 979          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 980          * watermarks
 981          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 982          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 983          *
 984          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 985          */
 986         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 987         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 988                 return COMPACT_SKIPPED;
 989
 990         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 991             0, 0))
 992                 return COMPACT_PARTIAL;
 993
 994         return COMPACT_CONTINUE;
 995 }
 996
 997 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 998 {
 999         int ret;
1000         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1001         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
1002         const bool sync = cc->mode != MIGRATE_ASYNC;
1003
1004         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
1005         switch (ret) {
1006         case COMPACT_PARTIAL:
1007         case COMPACT_SKIPPED:
1008                 /* Compaction is likely to fail */
1009                 return ret;
1010         case COMPACT_CONTINUE:
1011                 /* Fall through to compaction */
1012                 ;
1013         }
1014
1015         /*
1016          * Clear pageblock skip if there were failures recently and compaction
1017          * is about to be retried after being deferred. kswapd does not do
1018          * this reset as it'll reset the cached information when going to sleep.
1019          */
1020         if (compaction_restarting(zone, cc->order) && !current_is_kswapd())
1021                 __reset_isolation_suitable(zone);
1022
1023         /*
1024          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
1025          * information on where the scanners should start but check that it
1026          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
1027          */
1028         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn[sync];
1029         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
1030         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
1031                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1032                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
1033         }
1034         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
1035                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
1036                 zone->compact_cached_migrate_pfn[0] = cc->migrate_pfn;
1037                 zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = cc->migrate_pfn;
1038         }
1039
1040         trace_mm_compaction_begin(start_pfn, cc->migrate_pfn, cc->free_pfn, end_pfn);
1041
1042         migrate_prep_local();
1043
1044         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
1045                 int err;
1046
1047                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
1048                 case ISOLATE_ABORT:
1049                         ret = COMPACT_PARTIAL;
1050                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1051                         cc->nr_migratepages = 0;
1052                         goto out;
1053                 case ISOLATE_NONE:
1054                         continue;
1055                 case ISOLATE_SUCCESS:
1056                         ;
1057                 }
1058
1059                 if (!cc->nr_migratepages)
1060                         continue;
1061
1062                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
1063                                 compaction_free, (unsigned long)cc, cc->mode,
1064                                 MR_COMPACTION);
1065
1066                 trace_mm_compaction_migratepages(cc->nr_migratepages, err,
1067                                                         &cc->migratepages);
1068
1069                 /* All pages were either migrated or will be released */
1070                 cc->nr_migratepages = 0;
1071                 if (err) {
1072                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1073                         /*
1074                          * migrate_pages() may return -ENOMEM when scanners meet
1075                          * and we want compact_finished() to detect it
1076                          */
1077                         if (err == -ENOMEM && cc->free_pfn > cc->migrate_pfn) {
1078                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
1079                                 goto out;
1080                         }
1081                 }
1082         }
1083
1084 out:
1085         /* Release free pages and check accounting */
1086         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
1087         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
1088
1089         trace_mm_compaction_end(ret);
1090
1091         return ret;
1092 }
1093
1094 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone, int order,
1095                 gfp_t gfp_mask, enum migrate_mode mode, bool *contended)
1096 {
1097         unsigned long ret;
1098         struct compact_control cc = {
1099                 .nr_freepages = 0,
1100                 .nr_migratepages = 0,
1101                 .order = order,
1102                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1103                 .zone = zone,
1104                 .mode = mode,
1105         };
1106         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1107         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1108
1109         ret = compact_zone(zone, &cc);
1110
1111         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1112         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1113
1114         *contended = cc.contended;
1115         return ret;
1116 }
1117
1118 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1119
1120 /**
1121  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1122  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1123  * @order: The order of the current allocation
1124  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1125  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1126  * @mode: The migration mode for async, sync light, or sync migration
1127  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1128  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1129  *
1130  * This is the main entry point for direct page compaction.
1131  */
1132 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1133                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1134                         enum migrate_mode mode, bool *contended)
1135 {
1136         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1137         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1138         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1139         struct zoneref *z;
1140         struct zone *zone;
1141         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1142         int alloc_flags = 0;
1143
1144         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1145         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1146                 return rc;
1147
1148         count_compact_event(COMPACTSTALL);
1149
1150 #ifdef CONFIG_CMA
1151         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1152                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1153 #endif
1154         /* Compact each zone in the list */
1155         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1156                                                                 nodemask) {
1157                 int status;
1158
1159                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, mode,
1160                                                 contended);
1161                 rc = max(status, rc);
1162
1163                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1164                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1165                                       alloc_flags))
1166                         break;
1167         }
1168
1169         return rc;
1170 }
1171
1172
1173 /* Compact all zones within a node */
1174 static void __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1175 {
1176         int zoneid;
1177         struct zone *zone;
1178
1179         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1180
1181                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1182                 if (!populated_zone(zone))
1183                         continue;
1184
1185                 cc->nr_freepages = 0;
1186                 cc->nr_migratepages = 0;
1187                 cc->zone = zone;
1188                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1189                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1190
1191                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1192                         compact_zone(zone, cc);
1193
1194                 if (cc->order > 0) {
1195                         if (zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1196                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0))
1197                                 compaction_defer_reset(zone, cc->order, false);
1198                 }
1199
1200                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1201                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1202         }
1203 }
1204
1205 void compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1206 {
1207         struct compact_control cc = {
1208                 .order = order,
1209                 .mode = MIGRATE_ASYNC,
1210         };
1211
1212         if (!order)
1213                 return;
1214
1215         __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1216 }
1217
1218 static void compact_node(int nid)
1219 {
1220         struct compact_control cc = {
1221                 .order = -1,
1222                 .mode = MIGRATE_SYNC,
1223                 .ignore_skip_hint = true,
1224         };
1225
1226         __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1227 }
1228
1229 /* Compact all nodes in the system */
1230 static void compact_nodes(void)
1231 {
1232         int nid;
1233
1234         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1235         lru_add_drain_all();
1236
1237         for_each_online_node(nid)
1238                 compact_node(nid);
1239 }
1240
1241 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1242 int sysctl_compact_memory;
1243
1244 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1245 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1246                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1247 {
1248         if (write)
1249                 compact_nodes();
1250
1251         return 0;
1252 }
1253
1254 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1255                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1256 {
1257         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1258
1259         return 0;
1260 }
1261
1262 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1263 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1264                         struct device_attribute *attr,
1265                         const char *buf, size_t count)
1266 {
1267         int nid = dev->id;
1268
1269         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1270                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1271                 lru_add_drain_all();
1272
1273                 compact_node(nid);
1274         }
1275
1276         return count;
1277 }
1278 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1279
1280 int compaction_register_node(struct node *node)
1281 {
1282         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1283 }
1284
1285 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1286 {
1287         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1288 }
1289 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1290
1291 #endif /* CONFIG_COMPACTION */