mm/compaction.c

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