mm/compaction.c

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