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 #ifdef CONFIG_COMPACTION
  54 /* Returns true if the pageblock should be scanned for pages to isolate. */
  55 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
  56                                         struct page *page)
  57 {
  58         if (cc->ignore_skip_hint)
  59                 return true;
  60
  61         return !get_pageblock_skip(page);
  62 }
  63
  64 /*
  65  * This function is called to clear all cached information on pageblocks that
  66  * should be skipped for page isolation when the migrate and free page scanner
  67  * meet.
  68  */
  69 static void reset_isolation_suitable(struct zone *zone)
  70 {
  71         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
  72         unsigned long end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
  73         unsigned long pfn;
  74
  75         /*
  76          * Do not reset more than once every five seconds. If allocations are
  77          * failing sufficiently quickly to allow this to happen then continually
  78          * scanning for compaction is not going to help. The choice of five
  79          * seconds is arbitrary but will mitigate excessive scanning.
  80          */
  81         if (time_before(jiffies, zone->compact_blockskip_expire))
  82                 return;
  83         zone->compact_blockskip_expire = jiffies + (HZ * 5);
  84
  85         /* Walk the zone and mark every pageblock as suitable for isolation */
  86         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
  87                 struct page *page;
  88
  89                 cond_resched();
  90
  91                 if (!pfn_valid(pfn))
  92                         continue;
  93
  94                 page = pfn_to_page(pfn);
  95                 if (zone != page_zone(page))
  96                         continue;
  97
  98                 clear_pageblock_skip(page);
  99         }
 100 }
 101
 102 /*
 103  * If no pages were isolated then mark this pageblock to be skipped in the
 104  * future. The information is later cleared by reset_isolation_suitable().
 105  */
 106 static void update_pageblock_skip(struct page *page, unsigned long nr_isolated)
 107 {
 108         if (!page)
 109                 return;
 110
 111         if (!nr_isolated)
 112                 set_pageblock_skip(page);
 113 }
 114 #else
 115 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
 116                                         struct page *page)
 117 {
 118         return true;
 119 }
 120
 121 static void update_pageblock_skip(struct page *page, unsigned long nr_isolated)
 122 {
 123 }
 124 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
 125
 126 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
 127 {
 128         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
 129 }
 130
 131 /*
 132  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
 133  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
 134  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
 135  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
 136  *
 137  * Returns true if the lock is held.
 138  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
 139  */
 140 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
 141                                       bool locked, struct compact_control *cc)
 142 {
 143         if (should_release_lock(lock)) {
 144                 if (locked) {
 145                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
 146                         locked = false;
 147                 }
 148
 149                 /* async aborts if taking too long or contended */
 150                 if (!cc->sync) {
 151                         cc->contended = true;
 152                         return false;
 153                 }
 154
 155                 cond_resched();
 156         }
 157
 158         if (!locked)
 159                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
 160         return true;
 161 }
 162
 163 static inline bool compact_trylock_irqsave(spinlock_t *lock,
 164                         unsigned long *flags, struct compact_control *cc)
 165 {
 166         return compact_checklock_irqsave(lock, flags, false, cc);
 167 }
 168
 169 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
 170 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
 171 {
 172         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
 173
 174         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
 175         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
 176                 return false;
 177
 178         /* If the page is a large free page, then allow migration */
 179         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 180                 return true;
 181
 182         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 183         if (migrate_async_suitable(migratetype))
 184                 return true;
 185
 186         /* Otherwise skip the block */
 187         return false;
 188 }
 189
 190 static void compact_capture_page(struct compact_control *cc)
 191 {
 192         unsigned long flags;
 193         int mtype, mtype_low, mtype_high;
 194
 195         if (!cc->page || *cc->page)
 196                 return;
 197
 198         /*
 199          * For MIGRATE_MOVABLE allocations we capture a suitable page ASAP
 200          * regardless of the migratetype of the freelist is is captured from.
 201          * This is fine because the order for a high-order MIGRATE_MOVABLE
 202          * allocation is typically at least a pageblock size and overall
 203          * fragmentation is not impaired. Other allocation types must
 204          * capture pages from their own migratelist because otherwise they
 205          * could pollute other pageblocks like MIGRATE_MOVABLE with
 206          * difficult to move pages and making fragmentation worse overall.
 207          */
 208         if (cc->migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
 209                 mtype_low = 0;
 210                 mtype_high = MIGRATE_PCPTYPES;
 211         } else {
 212                 mtype_low = cc->migratetype;
 213                 mtype_high = cc->migratetype + 1;
 214         }
 215
 216         /* Speculatively examine the free lists without zone lock */
 217         for (mtype = mtype_low; mtype < mtype_high; mtype++) {
 218                 int order;
 219                 for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 220                         struct page *page;
 221                         struct free_area *area;
 222                         area = &(cc->zone->free_area[order]);
 223                         if (list_empty(&area->free_list[mtype]))
 224                                 continue;
 225
 226                         /* Take the lock and attempt capture of the page */
 227                         if (!compact_trylock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags, cc))
 228                                 return;
 229                         if (!list_empty(&area->free_list[mtype])) {
 230                                 page = list_entry(area->free_list[mtype].next,
 231                                                         struct page, lru);
 232                                 if (capture_free_page(page, cc->order, mtype)) {
 233                                         spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock,
 234                                                                         flags);
 235                                         *cc->page = page;
 236                                         return;
 237                                 }
 238                         }
 239                         spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 240                 }
 241         }
 242 }
 243
 244 /*
 245  * Isolate free pages onto a private freelist. Caller must hold zone->lock.
 246  * If @strict is true, will abort returning 0 on any invalid PFNs or non-free
 247  * pages inside of the pageblock (even though it may still end up isolating
 248  * some pages).
 249  */
 250 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
 251                                 unsigned long blockpfn,
 252                                 unsigned long end_pfn,
 253                                 struct list_head *freelist,
 254                                 bool strict)
 255 {
 256         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
 257         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
 258         unsigned long nr_strict_required = end_pfn - blockpfn;
 259         unsigned long flags;
 260         bool locked = false;
 261
 262         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
 263
 264         /* Isolate free pages. */
 265         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
 266                 int isolated, i;
 267                 struct page *page = cursor;
 268
 269                 nr_scanned++;
 270                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
 271                         continue;
 272                 if (!valid_page)
 273                         valid_page = page;
 274                 if (!PageBuddy(page))
 275                         continue;
 276
 277                 /*
 278                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
 279                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
 280                  * heavily contended if there are parallel allocations
 281                  * or parallel compactions. For async compaction do not
 282                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
 283                  * possible.
 284                  */
 285                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
 286                                                                 locked, cc);
 287                 if (!locked)
 288                         break;
 289
 290                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
 291                 if (!strict && !suitable_migration_target(page))
 292                         break;
 293
 294                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
 295                 if (!PageBuddy(page))
 296                         continue;
 297
 298                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
 299                 isolated = split_free_page(page);
 300                 if (!isolated && strict)
 301                         break;
 302                 total_isolated += isolated;
 303                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
 304                         list_add(&page->lru, freelist);
 305                         page++;
 306                 }
 307
 308                 /* If a page was split, advance to the end of it */
 309                 if (isolated) {
 310                         blockpfn += isolated - 1;
 311                         cursor += isolated - 1;
 312                 }
 313         }
 314
 315         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
 316
 317         /*
 318          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
 319          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
 320          * returned and CMA will fail.
 321          */
 322         if (strict && nr_strict_required != total_isolated)
 323                 total_isolated = 0;
 324
 325         if (locked)
 326                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 327
 328         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 329         if (blockpfn == end_pfn)
 330                 update_pageblock_skip(valid_page, total_isolated);
 331
 332         return total_isolated;
 333 }
 334
 335 /**
 336  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
 337  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 338  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 339  *
 340  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
 341  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
 342  * undo its actions and return zero.
 343  *
 344  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
 345  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
 346  * a free page).
 347  */
 348 unsigned long
 349 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
 350                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 351 {
 352         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
 353         LIST_HEAD(freelist);
 354
 355         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
 356                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
 357                         break;
 358
 359                 /*
 360                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
 361                  * but we keep it that we not to complicate the code.
 362                  */
 363                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 364                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
 365
 366                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
 367                                                    &freelist, true);
 368
 369                 /*
 370                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
 371                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
 372                  * non-free pages).
 373                  */
 374                 if (!isolated)
 375                         break;
 376
 377                 /*
 378                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
 379                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
 380                  * page may span two pageblocks).
 381                  */
 382         }
 383
 384         /* split_free_page does not map the pages */
 385         map_pages(&freelist);
 386
 387         if (pfn < end_pfn) {
 388                 /* Loop terminated early, cleanup. */
 389                 release_freepages(&freelist);
 390                 return 0;
 391         }
 392
 393         /* We don't use freelists for anything. */
 394         return pfn;
 395 }
 396
 397 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 398 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
 399 {
 400         struct page *page;
 401         unsigned int count[2] = { 0, };
 402
 403         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 404                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
 405
 406         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
 407         if (locked) {
 408                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 409                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 410         } else {
 411                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 412                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 413         }
 414 }
 415
 416 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 417 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 418 {
 419         unsigned long active, inactive, isolated;
 420
 421         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 422                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 423         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
 424                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
 425         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 426                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 427
 428         return isolated > (inactive + active) / 2;
 429 }
 430
 431 /**
 432  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
 433  * @zone:       Zone pages are in.
 434  * @cc:         Compaction control structure.
 435  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
 436  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
 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)
 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
 463         /*
 464          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 465          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 466          * delay for some time until fewer pages are isolated
 467          */
 468         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 469                 /* async migration should just abort */
 470                 if (!cc->sync)
 471                         return 0;
 472
 473                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 474
 475                 if (fatal_signal_pending(current))
 476                         return 0;
 477         }
 478
 479         /* Time to isolate some pages for migration */
 480         cond_resched();
 481         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 482                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
 483                 if (locked && !((low_pfn+1) % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
 484                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
 485                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 486                                 locked = false;
 487                         }
 488                 }
 489
 490                 /*
 491                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
 492                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
 493                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
 494                  * memory holes within the zone
 495                  */
 496                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
 497                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
 498                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
 499                                 continue;
 500                         }
 501                 }
 502
 503                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 504                         continue;
 505                 nr_scanned++;
 506
 507                 /*
 508                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
 509                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
 510                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
 511                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
 512                  */
 513                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 514                 if (page_zone(page) != zone)
 515                         continue;
 516
 517                 if (!valid_page)
 518                         valid_page = page;
 519
 520                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 521                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
 522                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 523                         goto next_pageblock;
 524
 525                 /* Skip if free */
 526                 if (PageBuddy(page))
 527                         continue;
 528
 529                 /*
 530                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
 531                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
 532                  * satisfies the allocation
 533                  */
 534                 if (!cc->sync && last_pageblock_nr != pageblock_nr &&
 535                     !migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page))) {
 536                         goto next_pageblock;
 537                 }
 538
 539                 /* Check may be lockless but that's ok as we recheck later */
 540                 if (!PageLRU(page))
 541                         continue;
 542
 543                 /*
 544                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
 545                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
 546                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
 547                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
 548                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
 549                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
 550                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
 551                  * page underneath us may return surprising results.
 552                  */
 553                 if (PageTransHuge(page)) {
 554                         if (!locked)
 555                                 goto next_pageblock;
 556                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 557                         continue;
 558                 }
 559
 560                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
 561                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
 562                                                                 locked, cc);
 563                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
 564                         break;
 565
 566                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
 567                 if (!PageLRU(page))
 568                         continue;
 569                 if (PageTransHuge(page)) {
 570                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 571                         continue;
 572                 }
 573
 574                 if (!cc->sync)
 575                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
 576
 577                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 578
 579                 /* Try isolate the page */
 580                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
 581                         continue;
 582
 583                 VM_BUG_ON(PageTransCompound(page));
 584
 585                 /* Successfully isolated */
 586                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
 587                 list_add(&page->lru, migratelist);
 588                 cc->nr_migratepages++;
 589                 nr_isolated++;
 590
 591                 /* Avoid isolating too much */
 592                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
 593                         ++low_pfn;
 594                         break;
 595                 }
 596
 597                 continue;
 598
 599 next_pageblock:
 600                 low_pfn += pageblock_nr_pages;
 601                 low_pfn = ALIGN(low_pfn, pageblock_nr_pages) - 1;
 602                 last_pageblock_nr = pageblock_nr;
 603         }
 604
 605         acct_isolated(zone, locked, cc);
 606
 607         if (locked)
 608                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 609
 610         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 611         if (low_pfn == end_pfn)
 612                 update_pageblock_skip(valid_page, nr_isolated);
 613
 614         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 615
 616         return low_pfn;
 617 }
 618
 619 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 620 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 621 /*
 622  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 623  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 624  */
 625 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 626                                 struct compact_control *cc)
 627 {
 628         struct page *page;
 629         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, zone_end_pfn, end_pfn;
 630         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 631         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 632
 633         /*
 634          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 635          * scanned from (or the end of the zone if starting). The low point
 636          * is the end of the pageblock the migration scanner is using.
 637          */
 638         pfn = cc->free_pfn;
 639         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
 640
 641         /*
 642          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
 643          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
 644          * in the next isolation cycle.
 645          */
 646         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
 647
 648         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
 649
 650         /*
 651          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 652          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 653          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 654          */
 655         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 656                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
 657                 unsigned long isolated;
 658
 659                 if (!pfn_valid(pfn))
 660                         continue;
 661
 662                 /*
 663                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 664                  * configurations to have a setup like
 665                  * node0 node1 node0
 666                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 667                  * pages do not belong to a single zone.
 668                  */
 669                 page = pfn_to_page(pfn);
 670                 if (page_zone(page) != zone)
 671                         continue;
 672
 673                 /* Check the block is suitable for migration */
 674                 if (!suitable_migration_target(page))
 675                         continue;
 676
 677                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 678                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 679                         continue;
 680
 681                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
 682                 isolated = 0;
 683                 end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, zone_end_pfn);
 684                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, end_pfn,
 685                                                    freelist, false);
 686                 nr_freepages += isolated;
 687
 688                 /*
 689                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 690                  * looking for free pages, the search will restart here as
 691                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 692                  */
 693                 if (isolated)
 694                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
 695         }
 696
 697         /* split_free_page does not map the pages */
 698         map_pages(freelist);
 699
 700         cc->free_pfn = high_pfn;
 701         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 702 }
 703
 704 /*
 705  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 706  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 707  */
 708 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 709                                         unsigned long data,
 710                                         int **result)
 711 {
 712         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 713         struct page *freepage;
 714
 715         /* Isolate free pages if necessary */
 716         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 717                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 718
 719                 if (list_empty(&cc->freepages))
 720                         return NULL;
 721         }
 722
 723         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 724         list_del(&freepage->lru);
 725         cc->nr_freepages--;
 726
 727         return freepage;
 728 }
 729
 730 /*
 731  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
 732  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
 733  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
 734  */
 735 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 736 {
 737         int nr_migratepages = 0;
 738         int nr_freepages = 0;
 739         struct page *page;
 740
 741         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 742                 nr_migratepages++;
 743         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
 744                 nr_freepages++;
 745
 746         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 747         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 748 }
 749
 750 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 751 typedef enum {
 752         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 753         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 754         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 755 } isolate_migrate_t;
 756
 757 /*
 758  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 759  * the migrate scanner within compact_control.
 760  */
 761 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 762                                         struct compact_control *cc)
 763 {
 764         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 765
 766         /* Do not scan outside zone boundaries */
 767         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 768
 769         /* Only scan within a pageblock boundary */
 770         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
 771
 772         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 773         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 774                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 775                 return ISOLATE_NONE;
 776         }
 777
 778         /* Perform the isolation */
 779         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn);
 780         if (!low_pfn || cc->contended)
 781                 return ISOLATE_ABORT;
 782
 783         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 784
 785         return ISOLATE_SUCCESS;
 786 }
 787
 788 static int compact_finished(struct zone *zone,
 789                             struct compact_control *cc)
 790 {
 791         unsigned long watermark;
 792
 793         if (fatal_signal_pending(current))
 794                 return COMPACT_PARTIAL;
 795
 796         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 797         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
 798                 reset_isolation_suitable(cc->zone);
 799                 return COMPACT_COMPLETE;
 800         }
 801
 802         /*
 803          * order == -1 is expected when compacting via
 804          * /proc/sys/vm/compact_memory
 805          */
 806         if (cc->order == -1)
 807                 return COMPACT_CONTINUE;
 808
 809         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 810         watermark = low_wmark_pages(zone);
 811         watermark += (1 << cc->order);
 812
 813         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 814                 return COMPACT_CONTINUE;
 815
 816         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 817         if (cc->page) {
 818                 /* Was a suitable page captured? */
 819                 if (*cc->page)
 820                         return COMPACT_PARTIAL;
 821         } else {
 822                 unsigned int order;
 823                 for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 824                         struct free_area *area = &zone->free_area[cc->order];
 825                         /* Job done if page is free of the right migratetype */
 826                         if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
 827                                 return COMPACT_PARTIAL;
 828
 829                         /* Job done if allocation would set block type */
 830                         if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
 831                                 return COMPACT_PARTIAL;
 832                 }
 833         }
 834
 835         return COMPACT_CONTINUE;
 836 }
 837
 838 /*
 839  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 840  * Returns
 841  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 842  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 843  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 844  */
 845 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 846 {
 847         int fragindex;
 848         unsigned long watermark;
 849
 850         /*
 851          * order == -1 is expected when compacting via
 852          * /proc/sys/vm/compact_memory
 853          */
 854         if (order == -1)
 855                 return COMPACT_CONTINUE;
 856
 857         /*
 858          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 859          * This is because during migration, copies of pages need to be
 860          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 861          */
 862         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 863         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 864                 return COMPACT_SKIPPED;
 865
 866         /*
 867          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 868          * low memory or external fragmentation
 869          *
 870          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 871          * watermarks
 872          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 873          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 874          *
 875          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 876          */
 877         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 878         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 879                 return COMPACT_SKIPPED;
 880
 881         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 882             0, 0))
 883                 return COMPACT_PARTIAL;
 884
 885         return COMPACT_CONTINUE;
 886 }
 887
 888 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 889 {
 890         int ret;
 891
 892         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
 893         switch (ret) {
 894         case COMPACT_PARTIAL:
 895         case COMPACT_SKIPPED:
 896                 /* Compaction is likely to fail */
 897                 return ret;
 898         case COMPACT_CONTINUE:
 899                 /* Fall through to compaction */
 900                 ;
 901         }
 902
 903         /* Setup to move all movable pages to the end of the zone */
 904         cc->migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
 905         cc->free_pfn = cc->migrate_pfn + zone->spanned_pages;
 906         cc->free_pfn &= ~(pageblock_nr_pages-1);
 907
 908         /* Clear pageblock skip if there are numerous alloc failures */
 909         if (zone->compact_defer_shift == COMPACT_MAX_DEFER_SHIFT)
 910                 reset_isolation_suitable(zone);
 911
 912         migrate_prep_local();
 913
 914         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
 915                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
 916                 int err;
 917
 918                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
 919                 case ISOLATE_ABORT:
 920                         ret = COMPACT_PARTIAL;
 921                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
 922                         cc->nr_migratepages = 0;
 923                         goto out;
 924                 case ISOLATE_NONE:
 925                         continue;
 926                 case ISOLATE_SUCCESS:
 927                         ;
 928                 }
 929
 930                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
 931                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
 932                                 (unsigned long)cc, false,
 933                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC);
 934                 update_nr_listpages(cc);
 935                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
 936
 937                 count_vm_event(COMPACTBLOCKS);
 938                 count_vm_events(COMPACTPAGES, nr_migrate - nr_remaining);
 939                 if (nr_remaining)
 940                         count_vm_events(COMPACTPAGEFAILED, nr_remaining);
 941                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
 942                                                 nr_remaining);
 943
 944                 /* Release LRU pages not migrated */
 945                 if (err) {
 946                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
 947                         cc->nr_migratepages = 0;
 948                         if (err == -ENOMEM) {
 949                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
 950                                 goto out;
 951                         }
 952                 }
 953
 954                 /* Capture a page now if it is a suitable size */
 955                 compact_capture_page(cc);
 956         }
 957
 958 out:
 959         /* Release free pages and check accounting */
 960         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
 961         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
 962
 963         return ret;
 964 }
 965
 966 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
 967                                  int order, gfp_t gfp_mask,
 968                                  bool sync, bool *contended,
 969                                  struct page **page)
 970 {
 971         unsigned long ret;
 972         struct compact_control cc = {
 973                 .nr_freepages = 0,
 974                 .nr_migratepages = 0,
 975                 .order = order,
 976                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
 977                 .zone = zone,
 978                 .sync = sync,
 979                 .page = page,
 980         };
 981         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
 982         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
 983
 984         ret = compact_zone(zone, &cc);
 985
 986         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
 987         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
 988
 989         *contended = cc.contended;
 990         return ret;
 991 }
 992
 993 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
 994
 995 /**
 996  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
 997  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
 998  * @order: The order of the current allocation
 999  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1000  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1001  * @sync: Whether migration is synchronous or not
1002  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1003  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1004  *
1005  * This is the main entry point for direct page compaction.
1006  */
1007 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1008                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1009                         bool sync, bool *contended, struct page **page)
1010 {
1011         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1012         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1013         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1014         struct zoneref *z;
1015         struct zone *zone;
1016         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1017         int alloc_flags = 0;
1018
1019         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1020         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1021                 return rc;
1022
1023         count_vm_event(COMPACTSTALL);
1024
1025 #ifdef CONFIG_CMA
1026         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1027                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1028 #endif
1029         /* Compact each zone in the list */
1030         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1031                                                                 nodemask) {
1032                 int status;
1033
1034                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
1035                                                 contended, page);
1036                 rc = max(status, rc);
1037
1038                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1039                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1040                                       alloc_flags))
1041                         break;
1042         }
1043
1044         return rc;
1045 }
1046
1047
1048 /* Compact all zones within a node */
1049 static int __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1050 {
1051         int zoneid;
1052         struct zone *zone;
1053
1054         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1055
1056                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1057                 if (!populated_zone(zone))
1058                         continue;
1059
1060                 cc->nr_freepages = 0;
1061                 cc->nr_migratepages = 0;
1062                 cc->zone = zone;
1063                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1064                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1065
1066                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1067                         compact_zone(zone, cc);
1068
1069                 if (cc->order > 0) {
1070                         int ok = zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1071                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0);
1072                         if (ok && cc->order >= zone->compact_order_failed)
1073                                 zone->compact_order_failed = cc->order + 1;
1074                         /* Currently async compaction is never deferred. */
1075                         else if (!ok && cc->sync)
1076                                 defer_compaction(zone, cc->order);
1077                 }
1078
1079                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1080                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1081         }
1082
1083         return 0;
1084 }
1085
1086 int compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1087 {
1088         struct compact_control cc = {
1089                 .order = order,
1090                 .sync = false,
1091                 .page = NULL,
1092         };
1093
1094         return __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1095 }
1096
1097 static int compact_node(int nid)
1098 {
1099         struct compact_control cc = {
1100                 .order = -1,
1101                 .sync = true,
1102                 .page = NULL,
1103         };
1104
1105         return __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1106 }
1107
1108 /* Compact all nodes in the system */
1109 static int compact_nodes(void)
1110 {
1111         int nid;
1112
1113         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1114         lru_add_drain_all();
1115
1116         for_each_online_node(nid)
1117                 compact_node(nid);
1118
1119         return COMPACT_COMPLETE;
1120 }
1121
1122 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1123 int sysctl_compact_memory;
1124
1125 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1126 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1127                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1128 {
1129         if (write)
1130                 return compact_nodes();
1131
1132         return 0;
1133 }
1134
1135 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1136                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1137 {
1138         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1139
1140         return 0;
1141 }
1142
1143 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1144 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1145                         struct device_attribute *attr,
1146                         const char *buf, size_t count)
1147 {
1148         int nid = dev->id;
1149
1150         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1151                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1152                 lru_add_drain_all();
1153
1154                 compact_node(nid);
1155         }
1156
1157         return count;
1158 }
1159 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1160
1161 int compaction_register_node(struct node *node)
1162 {
1163         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1164 }
1165
1166 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1167 {
1168         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1169 }
1170 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1171
1172 #endif /* CONFIG_COMPACTION */