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
  84         zone->compact_cached_migrate_pfn = start_pfn;
  85         zone->compact_cached_free_pfn = end_pfn;
  86         zone->compact_blockskip_expire = jiffies + (HZ * 5);
  87
  88         /* Walk the zone and mark every pageblock as suitable for isolation */
  89         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
  90                 struct page *page;
  91
  92                 cond_resched();
  93
  94                 if (!pfn_valid(pfn))
  95                         continue;
  96
  97                 page = pfn_to_page(pfn);
  98                 if (zone != page_zone(page))
  99                         continue;
 100
 101                 clear_pageblock_skip(page);
 102         }
 103 }
 104
 105 /*
 106  * If no pages were isolated then mark this pageblock to be skipped in the
 107  * future. The information is later cleared by reset_isolation_suitable().
 108  */
 109 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 110                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 111                         bool migrate_scanner)
 112 {
 113         struct zone *zone = cc->zone;
 114         if (!page)
 115                 return;
 116
 117         if (!nr_isolated) {
 118                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
 119                 set_pageblock_skip(page);
 120
 121                 /* Update where compaction should restart */
 122                 if (migrate_scanner) {
 123                         if (!cc->finished_update_migrate &&
 124                             pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn)
 125                                 zone->compact_cached_migrate_pfn = pfn;
 126                 } else {
 127                         if (!cc->finished_update_free &&
 128                             pfn < zone->compact_cached_free_pfn)
 129                                 zone->compact_cached_free_pfn = pfn;
 130                 }
 131         }
 132 }
 133 #else
 134 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
 135                                         struct page *page)
 136 {
 137         return true;
 138 }
 139
 140 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 141                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 142                         bool migrate_scanner)
 143 {
 144 }
 145 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
 146
 147 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
 148 {
 149         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
 150 }
 151
 152 /*
 153  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
 154  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
 155  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
 156  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
 157  *
 158  * Returns true if the lock is held.
 159  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
 160  */
 161 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
 162                                       bool locked, struct compact_control *cc)
 163 {
 164         if (should_release_lock(lock)) {
 165                 if (locked) {
 166                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
 167                         locked = false;
 168                 }
 169
 170                 /* async aborts if taking too long or contended */
 171                 if (!cc->sync) {
 172                         cc->contended = true;
 173                         return false;
 174                 }
 175
 176                 cond_resched();
 177         }
 178
 179         if (!locked)
 180                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
 181         return true;
 182 }
 183
 184 static inline bool compact_trylock_irqsave(spinlock_t *lock,
 185                         unsigned long *flags, struct compact_control *cc)
 186 {
 187         return compact_checklock_irqsave(lock, flags, false, cc);
 188 }
 189
 190 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
 191 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
 192 {
 193         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
 194
 195         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
 196         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
 197                 return false;
 198
 199         /* If the page is a large free page, then allow migration */
 200         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 201                 return true;
 202
 203         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 204         if (migrate_async_suitable(migratetype))
 205                 return true;
 206
 207         /* Otherwise skip the block */
 208         return false;
 209 }
 210
 211 static void compact_capture_page(struct compact_control *cc)
 212 {
 213         unsigned long flags;
 214         int mtype, mtype_low, mtype_high;
 215
 216         if (!cc->page || *cc->page)
 217                 return;
 218
 219         /*
 220          * For MIGRATE_MOVABLE allocations we capture a suitable page ASAP
 221          * regardless of the migratetype of the freelist is is captured from.
 222          * This is fine because the order for a high-order MIGRATE_MOVABLE
 223          * allocation is typically at least a pageblock size and overall
 224          * fragmentation is not impaired. Other allocation types must
 225          * capture pages from their own migratelist because otherwise they
 226          * could pollute other pageblocks like MIGRATE_MOVABLE with
 227          * difficult to move pages and making fragmentation worse overall.
 228          */
 229         if (cc->migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
 230                 mtype_low = 0;
 231                 mtype_high = MIGRATE_PCPTYPES;
 232         } else {
 233                 mtype_low = cc->migratetype;
 234                 mtype_high = cc->migratetype + 1;
 235         }
 236
 237         /* Speculatively examine the free lists without zone lock */
 238         for (mtype = mtype_low; mtype < mtype_high; mtype++) {
 239                 int order;
 240                 for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 241                         struct page *page;
 242                         struct free_area *area;
 243                         area = &(cc->zone->free_area[order]);
 244                         if (list_empty(&area->free_list[mtype]))
 245                                 continue;
 246
 247                         /* Take the lock and attempt capture of the page */
 248                         if (!compact_trylock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags, cc))
 249                                 return;
 250                         if (!list_empty(&area->free_list[mtype])) {
 251                                 page = list_entry(area->free_list[mtype].next,
 252                                                         struct page, lru);
 253                                 if (capture_free_page(page, cc->order, mtype)) {
 254                                         spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock,
 255                                                                         flags);
 256                                         *cc->page = page;
 257                                         return;
 258                                 }
 259                         }
 260                         spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 261                 }
 262         }
 263 }
 264
 265 /*
 266  * Isolate free pages onto a private freelist. Caller must hold zone->lock.
 267  * If @strict is true, will abort returning 0 on any invalid PFNs or non-free
 268  * pages inside of the pageblock (even though it may still end up isolating
 269  * some pages).
 270  */
 271 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
 272                                 unsigned long blockpfn,
 273                                 unsigned long end_pfn,
 274                                 struct list_head *freelist,
 275                                 bool strict)
 276 {
 277         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
 278         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
 279         unsigned long nr_strict_required = end_pfn - blockpfn;
 280         unsigned long flags;
 281         bool locked = false;
 282
 283         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
 284
 285         /* Isolate free pages. */
 286         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
 287                 int isolated, i;
 288                 struct page *page = cursor;
 289
 290                 nr_scanned++;
 291                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
 292                         continue;
 293                 if (!valid_page)
 294                         valid_page = page;
 295                 if (!PageBuddy(page))
 296                         continue;
 297
 298                 /*
 299                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
 300                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
 301                  * heavily contended if there are parallel allocations
 302                  * or parallel compactions. For async compaction do not
 303                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
 304                  * possible.
 305                  */
 306                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
 307                                                                 locked, cc);
 308                 if (!locked)
 309                         break;
 310
 311                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
 312                 if (!strict && !suitable_migration_target(page))
 313                         break;
 314
 315                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
 316                 if (!PageBuddy(page))
 317                         continue;
 318
 319                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
 320                 isolated = split_free_page(page);
 321                 if (!isolated && strict)
 322                         break;
 323                 total_isolated += isolated;
 324                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
 325                         list_add(&page->lru, freelist);
 326                         page++;
 327                 }
 328
 329                 /* If a page was split, advance to the end of it */
 330                 if (isolated) {
 331                         blockpfn += isolated - 1;
 332                         cursor += isolated - 1;
 333                 }
 334         }
 335
 336         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
 337
 338         /*
 339          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
 340          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
 341          * returned and CMA will fail.
 342          */
 343         if (strict && nr_strict_required != total_isolated)
 344                 total_isolated = 0;
 345
 346         if (locked)
 347                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 348
 349         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 350         if (blockpfn == end_pfn)
 351                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, total_isolated, false);
 352
 353         return total_isolated;
 354 }
 355
 356 /**
 357  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
 358  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 359  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 360  *
 361  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
 362  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
 363  * undo its actions and return zero.
 364  *
 365  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
 366  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
 367  * a free page).
 368  */
 369 unsigned long
 370 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
 371                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 372 {
 373         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
 374         LIST_HEAD(freelist);
 375
 376         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
 377                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
 378                         break;
 379
 380                 /*
 381                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
 382                  * but we keep it that we not to complicate the code.
 383                  */
 384                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 385                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
 386
 387                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
 388                                                    &freelist, true);
 389
 390                 /*
 391                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
 392                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
 393                  * non-free pages).
 394                  */
 395                 if (!isolated)
 396                         break;
 397
 398                 /*
 399                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
 400                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
 401                  * page may span two pageblocks).
 402                  */
 403         }
 404
 405         /* split_free_page does not map the pages */
 406         map_pages(&freelist);
 407
 408         if (pfn < end_pfn) {
 409                 /* Loop terminated early, cleanup. */
 410                 release_freepages(&freelist);
 411                 return 0;
 412         }
 413
 414         /* We don't use freelists for anything. */
 415         return pfn;
 416 }
 417
 418 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 419 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
 420 {
 421         struct page *page;
 422         unsigned int count[2] = { 0, };
 423
 424         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 425                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
 426
 427         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
 428         if (locked) {
 429                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 430                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 431         } else {
 432                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 433                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 434         }
 435 }
 436
 437 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 438 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 439 {
 440         unsigned long active, inactive, isolated;
 441
 442         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 443                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 444         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
 445                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
 446         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 447                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 448
 449         return isolated > (inactive + active) / 2;
 450 }
 451
 452 /**
 453  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
 454  * @zone:       Zone pages are in.
 455  * @cc:         Compaction control structure.
 456  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
 457  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
 458  *
 459  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
 460  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
 461  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
 462  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
 463  *
 464  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
 465  * zero.
 466  *
 467  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
 468  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
 469  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
 470  */
 471 unsigned long
 472 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
 473                            unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn)
 474 {
 475         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
 476         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
 477         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 478         isolate_mode_t mode = 0;
 479         struct lruvec *lruvec;
 480         unsigned long flags;
 481         bool locked = false;
 482         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
 483
 484         /*
 485          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 486          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 487          * delay for some time until fewer pages are isolated
 488          */
 489         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 490                 /* async migration should just abort */
 491                 if (!cc->sync)
 492                         return 0;
 493
 494                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 495
 496                 if (fatal_signal_pending(current))
 497                         return 0;
 498         }
 499
 500         /* Time to isolate some pages for migration */
 501         cond_resched();
 502         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 503                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
 504                 if (locked && !((low_pfn+1) % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
 505                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
 506                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 507                                 locked = false;
 508                         }
 509                 }
 510
 511                 /*
 512                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
 513                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
 514                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
 515                  * memory holes within the zone
 516                  */
 517                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
 518                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
 519                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
 520                                 continue;
 521                         }
 522                 }
 523
 524                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 525                         continue;
 526                 nr_scanned++;
 527
 528                 /*
 529                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
 530                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
 531                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
 532                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
 533                  */
 534                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 535                 if (page_zone(page) != zone)
 536                         continue;
 537
 538                 if (!valid_page)
 539                         valid_page = page;
 540
 541                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 542                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
 543                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 544                         goto next_pageblock;
 545
 546                 /* Skip if free */
 547                 if (PageBuddy(page))
 548                         continue;
 549
 550                 /*
 551                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
 552                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
 553                  * satisfies the allocation
 554                  */
 555                 if (!cc->sync && last_pageblock_nr != pageblock_nr &&
 556                     !migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page))) {
 557                         cc->finished_update_migrate = true;
 558                         goto next_pageblock;
 559                 }
 560
 561                 /* Check may be lockless but that's ok as we recheck later */
 562                 if (!PageLRU(page))
 563                         continue;
 564
 565                 /*
 566                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
 567                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
 568                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
 569                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
 570                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
 571                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
 572                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
 573                  * page underneath us may return surprising results.
 574                  */
 575                 if (PageTransHuge(page)) {
 576                         if (!locked)
 577                                 goto next_pageblock;
 578                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 579                         continue;
 580                 }
 581
 582                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
 583                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
 584                                                                 locked, cc);
 585                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
 586                         break;
 587
 588                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
 589                 if (!PageLRU(page))
 590                         continue;
 591                 if (PageTransHuge(page)) {
 592                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 593                         continue;
 594                 }
 595
 596                 if (!cc->sync)
 597                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
 598
 599                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 600
 601                 /* Try isolate the page */
 602                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
 603                         continue;
 604
 605                 VM_BUG_ON(PageTransCompound(page));
 606
 607                 /* Successfully isolated */
 608                 cc->finished_update_migrate = true;
 609                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
 610                 list_add(&page->lru, migratelist);
 611                 cc->nr_migratepages++;
 612                 nr_isolated++;
 613
 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 += pageblock_nr_pages;
 624                 low_pfn = ALIGN(low_pfn, pageblock_nr_pages) - 1;
 625                 last_pageblock_nr = pageblock_nr;
 626         }
 627
 628         acct_isolated(zone, locked, cc);
 629
 630         if (locked)
 631                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 632
 633         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 634         if (low_pfn == end_pfn)
 635                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated, true);
 636
 637         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 638
 639         return low_pfn;
 640 }
 641
 642 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 643 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 644 /*
 645  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 646  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 647  */
 648 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 649                                 struct compact_control *cc)
 650 {
 651         struct page *page;
 652         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, zone_end_pfn, end_pfn;
 653         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 654         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 655
 656         /*
 657          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 658          * scanned from (or the end of the zone if starting). The low point
 659          * is the end of the pageblock the migration scanner is using.
 660          */
 661         pfn = cc->free_pfn;
 662         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
 663
 664         /*
 665          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
 666          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
 667          * in the next isolation cycle.
 668          */
 669         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
 670
 671         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
 672
 673         /*
 674          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 675          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 676          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 677          */
 678         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 679                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
 680                 unsigned long isolated;
 681
 682                 if (!pfn_valid(pfn))
 683                         continue;
 684
 685                 /*
 686                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 687                  * configurations to have a setup like
 688                  * node0 node1 node0
 689                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 690                  * pages do not belong to a single zone.
 691                  */
 692                 page = pfn_to_page(pfn);
 693                 if (page_zone(page) != zone)
 694                         continue;
 695
 696                 /* Check the block is suitable for migration */
 697                 if (!suitable_migration_target(page))
 698                         continue;
 699
 700                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 701                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 702                         continue;
 703
 704                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
 705                 isolated = 0;
 706                 end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, zone_end_pfn);
 707                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, end_pfn,
 708                                                    freelist, false);
 709                 nr_freepages += isolated;
 710
 711                 /*
 712                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 713                  * looking for free pages, the search will restart here as
 714                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 715                  */
 716                 if (isolated) {
 717                         cc->finished_update_free = true;
 718                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
 719                 }
 720         }
 721
 722         /* split_free_page does not map the pages */
 723         map_pages(freelist);
 724
 725         cc->free_pfn = high_pfn;
 726         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 727 }
 728
 729 /*
 730  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 731  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 732  */
 733 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 734                                         unsigned long data,
 735                                         int **result)
 736 {
 737         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 738         struct page *freepage;
 739
 740         /* Isolate free pages if necessary */
 741         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 742                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 743
 744                 if (list_empty(&cc->freepages))
 745                         return NULL;
 746         }
 747
 748         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 749         list_del(&freepage->lru);
 750         cc->nr_freepages--;
 751
 752         return freepage;
 753 }
 754
 755 /*
 756  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
 757  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
 758  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
 759  */
 760 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 761 {
 762         int nr_migratepages = 0;
 763         int nr_freepages = 0;
 764         struct page *page;
 765
 766         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 767                 nr_migratepages++;
 768         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
 769                 nr_freepages++;
 770
 771         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 772         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 773 }
 774
 775 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 776 typedef enum {
 777         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 778         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 779         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 780 } isolate_migrate_t;
 781
 782 /*
 783  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 784  * the migrate scanner within compact_control.
 785  */
 786 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 787                                         struct compact_control *cc)
 788 {
 789         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 790
 791         /* Do not scan outside zone boundaries */
 792         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 793
 794         /* Only scan within a pageblock boundary */
 795         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
 796
 797         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 798         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 799                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 800                 return ISOLATE_NONE;
 801         }
 802
 803         /* Perform the isolation */
 804         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn);
 805         if (!low_pfn || cc->contended)
 806                 return ISOLATE_ABORT;
 807
 808         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 809
 810         return ISOLATE_SUCCESS;
 811 }
 812
 813 static int compact_finished(struct zone *zone,
 814                             struct compact_control *cc)
 815 {
 816         unsigned long watermark;
 817
 818         if (fatal_signal_pending(current))
 819                 return COMPACT_PARTIAL;
 820
 821         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 822         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
 823                 reset_isolation_suitable(cc->zone);
 824                 return COMPACT_COMPLETE;
 825         }
 826
 827         /*
 828          * order == -1 is expected when compacting via
 829          * /proc/sys/vm/compact_memory
 830          */
 831         if (cc->order == -1)
 832                 return COMPACT_CONTINUE;
 833
 834         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 835         watermark = low_wmark_pages(zone);
 836         watermark += (1 << cc->order);
 837
 838         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 839                 return COMPACT_CONTINUE;
 840
 841         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 842         if (cc->page) {
 843                 /* Was a suitable page captured? */
 844                 if (*cc->page)
 845                         return COMPACT_PARTIAL;
 846         } else {
 847                 unsigned int order;
 848                 for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 849                         struct free_area *area = &zone->free_area[cc->order];
 850                         /* Job done if page is free of the right migratetype */
 851                         if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
 852                                 return COMPACT_PARTIAL;
 853
 854                         /* Job done if allocation would set block type */
 855                         if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
 856                                 return COMPACT_PARTIAL;
 857                 }
 858         }
 859
 860         return COMPACT_CONTINUE;
 861 }
 862
 863 /*
 864  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 865  * Returns
 866  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 867  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 868  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 869  */
 870 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 871 {
 872         int fragindex;
 873         unsigned long watermark;
 874
 875         /*
 876          * order == -1 is expected when compacting via
 877          * /proc/sys/vm/compact_memory
 878          */
 879         if (order == -1)
 880                 return COMPACT_CONTINUE;
 881
 882         /*
 883          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 884          * This is because during migration, copies of pages need to be
 885          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 886          */
 887         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 888         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 889                 return COMPACT_SKIPPED;
 890
 891         /*
 892          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 893          * low memory or external fragmentation
 894          *
 895          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 896          * watermarks
 897          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 898          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 899          *
 900          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 901          */
 902         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 903         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 904                 return COMPACT_SKIPPED;
 905
 906         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 907             0, 0))
 908                 return COMPACT_PARTIAL;
 909
 910         return COMPACT_CONTINUE;
 911 }
 912
 913 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 914 {
 915         int ret;
 916         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
 917         unsigned long end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
 918
 919         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
 920         switch (ret) {
 921         case COMPACT_PARTIAL:
 922         case COMPACT_SKIPPED:
 923                 /* Compaction is likely to fail */
 924                 return ret;
 925         case COMPACT_CONTINUE:
 926                 /* Fall through to compaction */
 927                 ;
 928         }
 929
 930         /*
 931          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
 932          * information on where the scanners should start but check that it
 933          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
 934          */
 935         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn;
 936         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
 937         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
 938                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
 939                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
 940         }
 941         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
 942                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
 943                 zone->compact_cached_migrate_pfn = cc->migrate_pfn;
 944         }
 945
 946         /* Clear pageblock skip if there are numerous alloc failures */
 947         if (zone->compact_defer_shift == COMPACT_MAX_DEFER_SHIFT)
 948                 reset_isolation_suitable(zone);
 949
 950         migrate_prep_local();
 951
 952         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
 953                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
 954                 int err;
 955
 956                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
 957                 case ISOLATE_ABORT:
 958                         ret = COMPACT_PARTIAL;
 959                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
 960                         cc->nr_migratepages = 0;
 961                         goto out;
 962                 case ISOLATE_NONE:
 963                         continue;
 964                 case ISOLATE_SUCCESS:
 965                         ;
 966                 }
 967
 968                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
 969                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
 970                                 (unsigned long)cc, false,
 971                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC);
 972                 update_nr_listpages(cc);
 973                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
 974
 975                 count_vm_event(COMPACTBLOCKS);
 976                 count_vm_events(COMPACTPAGES, nr_migrate - nr_remaining);
 977                 if (nr_remaining)
 978                         count_vm_events(COMPACTPAGEFAILED, nr_remaining);
 979                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
 980                                                 nr_remaining);
 981
 982                 /* Release LRU pages not migrated */
 983                 if (err) {
 984                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
 985                         cc->nr_migratepages = 0;
 986                         if (err == -ENOMEM) {
 987                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
 988                                 goto out;
 989                         }
 990                 }
 991
 992                 /* Capture a page now if it is a suitable size */
 993                 compact_capture_page(cc);
 994         }
 995
 996 out:
 997         /* Release free pages and check accounting */
 998         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
 999         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
1000
1001         return ret;
1002 }
1003
1004 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
1005                                  int order, gfp_t gfp_mask,
1006                                  bool sync, bool *contended,
1007                                  struct page **page)
1008 {
1009         unsigned long ret;
1010         struct compact_control cc = {
1011                 .nr_freepages = 0,
1012                 .nr_migratepages = 0,
1013                 .order = order,
1014                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1015                 .zone = zone,
1016                 .sync = sync,
1017                 .page = page,
1018         };
1019         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1020         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1021
1022         ret = compact_zone(zone, &cc);
1023
1024         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1025         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1026
1027         *contended = cc.contended;
1028         return ret;
1029 }
1030
1031 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1032
1033 /**
1034  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1035  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1036  * @order: The order of the current allocation
1037  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1038  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1039  * @sync: Whether migration is synchronous or not
1040  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1041  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1042  *
1043  * This is the main entry point for direct page compaction.
1044  */
1045 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1046                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1047                         bool sync, bool *contended, struct page **page)
1048 {
1049         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1050         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1051         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1052         struct zoneref *z;
1053         struct zone *zone;
1054         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1055         int alloc_flags = 0;
1056
1057         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1058         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1059                 return rc;
1060
1061         count_vm_event(COMPACTSTALL);
1062
1063 #ifdef CONFIG_CMA
1064         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1065                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1066 #endif
1067         /* Compact each zone in the list */
1068         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1069                                                                 nodemask) {
1070                 int status;
1071
1072                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
1073                                                 contended, page);
1074                 rc = max(status, rc);
1075
1076                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1077                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1078                                       alloc_flags))
1079                         break;
1080         }
1081
1082         return rc;
1083 }
1084
1085
1086 /* Compact all zones within a node */
1087 static int __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1088 {
1089         int zoneid;
1090         struct zone *zone;
1091
1092         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1093
1094                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1095                 if (!populated_zone(zone))
1096                         continue;
1097
1098                 cc->nr_freepages = 0;
1099                 cc->nr_migratepages = 0;
1100                 cc->zone = zone;
1101                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1102                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1103
1104                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1105                         compact_zone(zone, cc);
1106
1107                 if (cc->order > 0) {
1108                         int ok = zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1109                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0);
1110                         if (ok && cc->order >= zone->compact_order_failed)
1111                                 zone->compact_order_failed = cc->order + 1;
1112                         /* Currently async compaction is never deferred. */
1113                         else if (!ok && cc->sync)
1114                                 defer_compaction(zone, cc->order);
1115                 }
1116
1117                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1118                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1119         }
1120
1121         return 0;
1122 }
1123
1124 int compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1125 {
1126         struct compact_control cc = {
1127                 .order = order,
1128                 .sync = false,
1129                 .page = NULL,
1130         };
1131
1132         return __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1133 }
1134
1135 static int compact_node(int nid)
1136 {
1137         struct compact_control cc = {
1138                 .order = -1,
1139                 .sync = true,
1140                 .page = NULL,
1141         };
1142
1143         return __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1144 }
1145
1146 /* Compact all nodes in the system */
1147 static int compact_nodes(void)
1148 {
1149         int nid;
1150
1151         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1152         lru_add_drain_all();
1153
1154         for_each_online_node(nid)
1155                 compact_node(nid);
1156
1157         return COMPACT_COMPLETE;
1158 }
1159
1160 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1161 int sysctl_compact_memory;
1162
1163 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1164 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1165                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1166 {
1167         if (write)
1168                 return compact_nodes();
1169
1170         return 0;
1171 }
1172
1173 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1174                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1175 {
1176         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1177
1178         return 0;
1179 }
1180
1181 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1182 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1183                         struct device_attribute *attr,
1184                         const char *buf, size_t count)
1185 {
1186         int nid = dev->id;
1187
1188         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1189                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1190                 lru_add_drain_all();
1191
1192                 compact_node(nid);
1193         }
1194
1195         return count;
1196 }
1197 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1198
1199 int compaction_register_node(struct node *node)
1200 {
1201         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1202 }
1203
1204 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1205 {
1206         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1207 }
1208 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1209
1210 #endif /* CONFIG_COMPACTION */