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 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
  54 {
  55         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
  56 }
  57
  58 /*
  59  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
  60  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
  61  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
  62  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
  63  *
  64  * Returns true if the lock is held.
  65  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
  66  */
  67 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
  68                                       bool locked, struct compact_control *cc)
  69 {
  70         if (should_release_lock(lock)) {
  71                 if (locked) {
  72                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
  73                         locked = false;
  74                 }
  75
  76                 /* async aborts if taking too long or contended */
  77                 if (!cc->sync) {
  78                         cc->contended = true;
  79                         return false;
  80                 }
  81
  82                 cond_resched();
  83         }
  84
  85         if (!locked)
  86                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
  87         return true;
  88 }
  89
  90 static inline bool compact_trylock_irqsave(spinlock_t *lock,
  91                         unsigned long *flags, struct compact_control *cc)
  92 {
  93         return compact_checklock_irqsave(lock, flags, false, cc);
  94 }
  95
  96 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
  97 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
  98 {
  99         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
 100
 101         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
 102         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
 103                 return false;
 104
 105         /* If the page is a large free page, then allow migration */
 106         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 107                 return true;
 108
 109         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 110         if (migrate_async_suitable(migratetype))
 111                 return true;
 112
 113         /* Otherwise skip the block */
 114         return false;
 115 }
 116
 117 static void compact_capture_page(struct compact_control *cc)
 118 {
 119         unsigned long flags;
 120         int mtype, mtype_low, mtype_high;
 121
 122         if (!cc->page || *cc->page)
 123                 return;
 124
 125         /*
 126          * For MIGRATE_MOVABLE allocations we capture a suitable page ASAP
 127          * regardless of the migratetype of the freelist is is captured from.
 128          * This is fine because the order for a high-order MIGRATE_MOVABLE
 129          * allocation is typically at least a pageblock size and overall
 130          * fragmentation is not impaired. Other allocation types must
 131          * capture pages from their own migratelist because otherwise they
 132          * could pollute other pageblocks like MIGRATE_MOVABLE with
 133          * difficult to move pages and making fragmentation worse overall.
 134          */
 135         if (cc->migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
 136                 mtype_low = 0;
 137                 mtype_high = MIGRATE_PCPTYPES;
 138         } else {
 139                 mtype_low = cc->migratetype;
 140                 mtype_high = cc->migratetype + 1;
 141         }
 142
 143         /* Speculatively examine the free lists without zone lock */
 144         for (mtype = mtype_low; mtype < mtype_high; mtype++) {
 145                 int order;
 146                 for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 147                         struct page *page;
 148                         struct free_area *area;
 149                         area = &(cc->zone->free_area[order]);
 150                         if (list_empty(&area->free_list[mtype]))
 151                                 continue;
 152
 153                         /* Take the lock and attempt capture of the page */
 154                         if (!compact_trylock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags, cc))
 155                                 return;
 156                         if (!list_empty(&area->free_list[mtype])) {
 157                                 page = list_entry(area->free_list[mtype].next,
 158                                                         struct page, lru);
 159                                 if (capture_free_page(page, cc->order, mtype)) {
 160                                         spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock,
 161                                                                         flags);
 162                                         *cc->page = page;
 163                                         return;
 164                                 }
 165                         }
 166                         spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 167                 }
 168         }
 169 }
 170
 171 /*
 172  * Isolate free pages onto a private freelist. Caller must hold zone->lock.
 173  * If @strict is true, will abort returning 0 on any invalid PFNs or non-free
 174  * pages inside of the pageblock (even though it may still end up isolating
 175  * some pages).
 176  */
 177 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
 178                                 unsigned long blockpfn,
 179                                 unsigned long end_pfn,
 180                                 struct list_head *freelist,
 181                                 bool strict)
 182 {
 183         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
 184         struct page *cursor;
 185         unsigned long nr_strict_required = end_pfn - blockpfn;
 186         unsigned long flags;
 187         bool locked = false;
 188
 189         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
 190
 191         /* Isolate free pages. */
 192         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
 193                 int isolated, i;
 194                 struct page *page = cursor;
 195
 196                 nr_scanned++;
 197                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
 198                         continue;
 199                 if (!PageBuddy(page))
 200                         continue;
 201
 202                 /*
 203                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
 204                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
 205                  * heavily contended if there are parallel allocations
 206                  * or parallel compactions. For async compaction do not
 207                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
 208                  * possible.
 209                  */
 210                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
 211                                                                 locked, cc);
 212                 if (!locked)
 213                         break;
 214
 215                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
 216                 if (!strict && !suitable_migration_target(page))
 217                         break;
 218
 219                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
 220                 if (!PageBuddy(page))
 221                         continue;
 222
 223                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
 224                 isolated = split_free_page(page);
 225                 if (!isolated && strict)
 226                         break;
 227                 total_isolated += isolated;
 228                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
 229                         list_add(&page->lru, freelist);
 230                         page++;
 231                 }
 232
 233                 /* If a page was split, advance to the end of it */
 234                 if (isolated) {
 235                         blockpfn += isolated - 1;
 236                         cursor += isolated - 1;
 237                 }
 238         }
 239
 240         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
 241
 242         /*
 243          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
 244          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
 245          * returned and CMA will fail.
 246          */
 247         if (strict && nr_strict_required != total_isolated)
 248                 total_isolated = 0;
 249
 250         if (locked)
 251                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 252
 253         return total_isolated;
 254 }
 255
 256 /**
 257  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
 258  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 259  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 260  *
 261  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
 262  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
 263  * undo its actions and return zero.
 264  *
 265  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
 266  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
 267  * a free page).
 268  */
 269 unsigned long
 270 isolate_freepages_range(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 271 {
 272         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
 273         struct zone *zone = NULL;
 274         LIST_HEAD(freelist);
 275
 276         /* cc needed for isolate_freepages_block to acquire zone->lock */
 277         struct compact_control cc = {
 278                 .sync = true,
 279         };
 280
 281         if (pfn_valid(start_pfn))
 282                 cc.zone = zone = page_zone(pfn_to_page(start_pfn));
 283
 284         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
 285                 if (!pfn_valid(pfn) || zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
 286                         break;
 287
 288                 /*
 289                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
 290                  * but we keep it that we not to complicate the code.
 291                  */
 292                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 293                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
 294
 295                 isolated = isolate_freepages_block(&cc, pfn, block_end_pfn,
 296                                                    &freelist, true);
 297
 298                 /*
 299                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
 300                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
 301                  * non-free pages).
 302                  */
 303                 if (!isolated)
 304                         break;
 305
 306                 /*
 307                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
 308                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
 309                  * page may span two pageblocks).
 310                  */
 311         }
 312
 313         /* split_free_page does not map the pages */
 314         map_pages(&freelist);
 315
 316         if (pfn < end_pfn) {
 317                 /* Loop terminated early, cleanup. */
 318                 release_freepages(&freelist);
 319                 return 0;
 320         }
 321
 322         /* We don't use freelists for anything. */
 323         return pfn;
 324 }
 325
 326 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 327 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
 328 {
 329         struct page *page;
 330         unsigned int count[2] = { 0, };
 331
 332         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 333                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
 334
 335         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
 336         if (locked) {
 337                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 338                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 339         } else {
 340                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 341                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 342         }
 343 }
 344
 345 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 346 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 347 {
 348         unsigned long active, inactive, isolated;
 349
 350         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 351                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 352         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
 353                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
 354         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 355                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 356
 357         return isolated > (inactive + active) / 2;
 358 }
 359
 360 /**
 361  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
 362  * @zone:       Zone pages are in.
 363  * @cc:         Compaction control structure.
 364  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
 365  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
 366  *
 367  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
 368  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
 369  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
 370  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
 371  *
 372  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
 373  * zero.
 374  *
 375  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
 376  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
 377  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
 378  */
 379 unsigned long
 380 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
 381                            unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn)
 382 {
 383         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
 384         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
 385         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 386         isolate_mode_t mode = 0;
 387         struct lruvec *lruvec;
 388         unsigned long flags;
 389         bool locked = false;
 390
 391         /*
 392          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 393          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 394          * delay for some time until fewer pages are isolated
 395          */
 396         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 397                 /* async migration should just abort */
 398                 if (!cc->sync)
 399                         return 0;
 400
 401                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 402
 403                 if (fatal_signal_pending(current))
 404                         return 0;
 405         }
 406
 407         /* Time to isolate some pages for migration */
 408         cond_resched();
 409         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 410                 struct page *page;
 411
 412                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
 413                 if (locked && !((low_pfn+1) % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
 414                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
 415                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 416                                 locked = false;
 417                         }
 418                 }
 419
 420                 /*
 421                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
 422                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
 423                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
 424                  * memory holes within the zone
 425                  */
 426                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
 427                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
 428                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
 429                                 continue;
 430                         }
 431                 }
 432
 433                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 434                         continue;
 435                 nr_scanned++;
 436
 437                 /*
 438                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
 439                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
 440                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
 441                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
 442                  */
 443                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 444                 if (page_zone(page) != zone)
 445                         continue;
 446
 447                 /* Skip if free */
 448                 if (PageBuddy(page))
 449                         continue;
 450
 451                 /*
 452                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
 453                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
 454                  * satisfies the allocation
 455                  */
 456                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
 457                 if (!cc->sync && last_pageblock_nr != pageblock_nr &&
 458                     !migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page))) {
 459                         goto next_pageblock;
 460                 }
 461
 462                 /* Check may be lockless but that's ok as we recheck later */
 463                 if (!PageLRU(page))
 464                         continue;
 465
 466                 /*
 467                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
 468                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
 469                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
 470                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
 471                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
 472                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
 473                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
 474                  * page underneath us may return surprising results.
 475                  */
 476                 if (PageTransHuge(page)) {
 477                         if (!locked)
 478                                 goto next_pageblock;
 479                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 480                         continue;
 481                 }
 482
 483                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
 484                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
 485                                                                 locked, cc);
 486                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
 487                         break;
 488
 489                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
 490                 if (!PageLRU(page))
 491                         continue;
 492                 if (PageTransHuge(page)) {
 493                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 494                         continue;
 495                 }
 496
 497                 if (!cc->sync)
 498                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
 499
 500                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 501
 502                 /* Try isolate the page */
 503                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
 504                         continue;
 505
 506                 VM_BUG_ON(PageTransCompound(page));
 507
 508                 /* Successfully isolated */
 509                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
 510                 list_add(&page->lru, migratelist);
 511                 cc->nr_migratepages++;
 512                 nr_isolated++;
 513
 514                 /* Avoid isolating too much */
 515                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
 516                         ++low_pfn;
 517                         break;
 518                 }
 519
 520                 continue;
 521
 522 next_pageblock:
 523                 low_pfn += pageblock_nr_pages;
 524                 low_pfn = ALIGN(low_pfn, pageblock_nr_pages) - 1;
 525                 last_pageblock_nr = pageblock_nr;
 526         }
 527
 528         acct_isolated(zone, locked, cc);
 529
 530         if (locked)
 531                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 532
 533         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 534
 535         return low_pfn;
 536 }
 537
 538 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 539 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 540 /*
 541  * Returns the start pfn of the last page block in a zone.  This is the starting
 542  * point for full compaction of a zone.  Compaction searches for free pages from
 543  * the end of each zone, while isolate_freepages_block scans forward inside each
 544  * page block.
 545  */
 546 static unsigned long start_free_pfn(struct zone *zone)
 547 {
 548         unsigned long free_pfn;
 549         free_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
 550         free_pfn &= ~(pageblock_nr_pages-1);
 551         return free_pfn;
 552 }
 553
 554 /*
 555  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 556  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 557  */
 558 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 559                                 struct compact_control *cc)
 560 {
 561         struct page *page;
 562         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, zone_end_pfn, end_pfn;
 563         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 564         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 565
 566         /*
 567          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 568          * scanned from (or the end of the zone if starting). The low point
 569          * is the end of the pageblock the migration scanner is using.
 570          */
 571         pfn = cc->free_pfn;
 572         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
 573
 574         /*
 575          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
 576          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
 577          * in the next isolation cycle.
 578          */
 579         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
 580
 581         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
 582
 583         /*
 584          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 585          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 586          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 587          */
 588         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 589                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
 590                 unsigned long isolated;
 591
 592                 if (!pfn_valid(pfn))
 593                         continue;
 594
 595                 /*
 596                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 597                  * configurations to have a setup like
 598                  * node0 node1 node0
 599                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 600                  * pages do not belong to a single zone.
 601                  */
 602                 page = pfn_to_page(pfn);
 603                 if (page_zone(page) != zone)
 604                         continue;
 605
 606                 /* Check the block is suitable for migration */
 607                 if (!suitable_migration_target(page))
 608                         continue;
 609
 610                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
 611                 isolated = 0;
 612                 end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, zone_end_pfn);
 613                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, end_pfn,
 614                                                    freelist, false);
 615                 nr_freepages += isolated;
 616
 617                 /*
 618                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 619                  * looking for free pages, the search will restart here as
 620                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 621                  */
 622                 if (isolated) {
 623                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
 624
 625                         /*
 626                          * If the free scanner has wrapped, update
 627                          * compact_cached_free_pfn to point to the highest
 628                          * pageblock with free pages. This reduces excessive
 629                          * scanning of full pageblocks near the end of the
 630                          * zone
 631                          */
 632                         if (cc->order > 0 && cc->wrapped)
 633                                 zone->compact_cached_free_pfn = high_pfn;
 634                 }
 635         }
 636
 637         /* split_free_page does not map the pages */
 638         map_pages(freelist);
 639
 640         cc->free_pfn = high_pfn;
 641         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 642
 643         /* If compact_cached_free_pfn is reset then set it now */
 644         if (cc->order > 0 && !cc->wrapped &&
 645                         zone->compact_cached_free_pfn == start_free_pfn(zone))
 646                 zone->compact_cached_free_pfn = high_pfn;
 647 }
 648
 649 /*
 650  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 651  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 652  */
 653 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 654                                         unsigned long data,
 655                                         int **result)
 656 {
 657         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 658         struct page *freepage;
 659
 660         /* Isolate free pages if necessary */
 661         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 662                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 663
 664                 if (list_empty(&cc->freepages))
 665                         return NULL;
 666         }
 667
 668         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 669         list_del(&freepage->lru);
 670         cc->nr_freepages--;
 671
 672         return freepage;
 673 }
 674
 675 /*
 676  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
 677  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
 678  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
 679  */
 680 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 681 {
 682         int nr_migratepages = 0;
 683         int nr_freepages = 0;
 684         struct page *page;
 685
 686         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 687                 nr_migratepages++;
 688         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
 689                 nr_freepages++;
 690
 691         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 692         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 693 }
 694
 695 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 696 typedef enum {
 697         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 698         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 699         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 700 } isolate_migrate_t;
 701
 702 /*
 703  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 704  * the migrate scanner within compact_control.
 705  */
 706 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 707                                         struct compact_control *cc)
 708 {
 709         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 710
 711         /* Do not scan outside zone boundaries */
 712         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 713
 714         /* Only scan within a pageblock boundary */
 715         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
 716
 717         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 718         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 719                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 720                 return ISOLATE_NONE;
 721         }
 722
 723         /* Perform the isolation */
 724         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn);
 725         if (!low_pfn || cc->contended)
 726                 return ISOLATE_ABORT;
 727
 728         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 729
 730         return ISOLATE_SUCCESS;
 731 }
 732
 733 static int compact_finished(struct zone *zone,
 734                             struct compact_control *cc)
 735 {
 736         unsigned long watermark;
 737
 738         if (fatal_signal_pending(current))
 739                 return COMPACT_PARTIAL;
 740
 741         /*
 742          * A full (order == -1) compaction run starts at the beginning and
 743          * end of a zone; it completes when the migrate and free scanner meet.
 744          * A partial (order > 0) compaction can start with the free scanner
 745          * at a random point in the zone, and may have to restart.
 746          */
 747         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
 748                 if (cc->order > 0 && !cc->wrapped) {
 749                         /* We started partway through; restart at the end. */
 750                         unsigned long free_pfn = start_free_pfn(zone);
 751                         zone->compact_cached_free_pfn = free_pfn;
 752                         cc->free_pfn = free_pfn;
 753                         cc->wrapped = 1;
 754                         return COMPACT_CONTINUE;
 755                 }
 756                 return COMPACT_COMPLETE;
 757         }
 758
 759         /* We wrapped around and ended up where we started. */
 760         if (cc->wrapped && cc->free_pfn <= cc->start_free_pfn)
 761                 return COMPACT_COMPLETE;
 762
 763         /*
 764          * order == -1 is expected when compacting via
 765          * /proc/sys/vm/compact_memory
 766          */
 767         if (cc->order == -1)
 768                 return COMPACT_CONTINUE;
 769
 770         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 771         watermark = low_wmark_pages(zone);
 772         watermark += (1 << cc->order);
 773
 774         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 775                 return COMPACT_CONTINUE;
 776
 777         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 778         if (cc->page) {
 779                 /* Was a suitable page captured? */
 780                 if (*cc->page)
 781                         return COMPACT_PARTIAL;
 782         } else {
 783                 unsigned int order;
 784                 for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 785                         struct free_area *area = &zone->free_area[cc->order];
 786                         /* Job done if page is free of the right migratetype */
 787                         if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
 788                                 return COMPACT_PARTIAL;
 789
 790                         /* Job done if allocation would set block type */
 791                         if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
 792                                 return COMPACT_PARTIAL;
 793                 }
 794         }
 795
 796         return COMPACT_CONTINUE;
 797 }
 798
 799 /*
 800  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 801  * Returns
 802  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 803  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 804  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 805  */
 806 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 807 {
 808         int fragindex;
 809         unsigned long watermark;
 810
 811         /*
 812          * order == -1 is expected when compacting via
 813          * /proc/sys/vm/compact_memory
 814          */
 815         if (order == -1)
 816                 return COMPACT_CONTINUE;
 817
 818         /*
 819          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 820          * This is because during migration, copies of pages need to be
 821          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 822          */
 823         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 824         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 825                 return COMPACT_SKIPPED;
 826
 827         /*
 828          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 829          * low memory or external fragmentation
 830          *
 831          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 832          * watermarks
 833          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 834          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 835          *
 836          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 837          */
 838         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 839         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 840                 return COMPACT_SKIPPED;
 841
 842         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 843             0, 0))
 844                 return COMPACT_PARTIAL;
 845
 846         return COMPACT_CONTINUE;
 847 }
 848
 849 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 850 {
 851         int ret;
 852
 853         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
 854         switch (ret) {
 855         case COMPACT_PARTIAL:
 856         case COMPACT_SKIPPED:
 857                 /* Compaction is likely to fail */
 858                 return ret;
 859         case COMPACT_CONTINUE:
 860                 /* Fall through to compaction */
 861                 ;
 862         }
 863
 864         /* Setup to move all movable pages to the end of the zone */
 865         cc->migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
 866
 867         if (cc->order > 0) {
 868                 /* Incremental compaction. Start where the last one stopped. */
 869                 cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
 870                 cc->start_free_pfn = cc->free_pfn;
 871         } else {
 872                 /* Order == -1 starts at the end of the zone. */
 873                 cc->free_pfn = start_free_pfn(zone);
 874         }
 875
 876         migrate_prep_local();
 877
 878         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
 879                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
 880                 int err;
 881
 882                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
 883                 case ISOLATE_ABORT:
 884                         ret = COMPACT_PARTIAL;
 885                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
 886                         cc->nr_migratepages = 0;
 887                         goto out;
 888                 case ISOLATE_NONE:
 889                         continue;
 890                 case ISOLATE_SUCCESS:
 891                         ;
 892                 }
 893
 894                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
 895                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
 896                                 (unsigned long)cc, false,
 897                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC);
 898                 update_nr_listpages(cc);
 899                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
 900
 901                 count_vm_event(COMPACTBLOCKS);
 902                 count_vm_events(COMPACTPAGES, nr_migrate - nr_remaining);
 903                 if (nr_remaining)
 904                         count_vm_events(COMPACTPAGEFAILED, nr_remaining);
 905                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
 906                                                 nr_remaining);
 907
 908                 /* Release LRU pages not migrated */
 909                 if (err) {
 910                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
 911                         cc->nr_migratepages = 0;
 912                         if (err == -ENOMEM) {
 913                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
 914                                 goto out;
 915                         }
 916                 }
 917
 918                 /* Capture a page now if it is a suitable size */
 919                 compact_capture_page(cc);
 920         }
 921
 922 out:
 923         /* Release free pages and check accounting */
 924         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
 925         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
 926
 927         return ret;
 928 }
 929
 930 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
 931                                  int order, gfp_t gfp_mask,
 932                                  bool sync, bool *contended,
 933                                  struct page **page)
 934 {
 935         unsigned long ret;
 936         struct compact_control cc = {
 937                 .nr_freepages = 0,
 938                 .nr_migratepages = 0,
 939                 .order = order,
 940                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
 941                 .zone = zone,
 942                 .sync = sync,
 943                 .page = page,
 944         };
 945         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
 946         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
 947
 948         ret = compact_zone(zone, &cc);
 949
 950         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
 951         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
 952
 953         *contended = cc.contended;
 954         return ret;
 955 }
 956
 957 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
 958
 959 /**
 960  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
 961  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
 962  * @order: The order of the current allocation
 963  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
 964  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
 965  * @sync: Whether migration is synchronous or not
 966  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
 967  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
 968  *
 969  * This is the main entry point for direct page compaction.
 970  */
 971 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
 972                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
 973                         bool sync, bool *contended, struct page **page)
 974 {
 975         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
 976         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
 977         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
 978         struct zoneref *z;
 979         struct zone *zone;
 980         int rc = COMPACT_SKIPPED;
 981         int alloc_flags = 0;
 982
 983         /* Check if the GFP flags allow compaction */
 984         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
 985                 return rc;
 986
 987         count_vm_event(COMPACTSTALL);
 988
 989 #ifdef CONFIG_CMA
 990         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
 991                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
 992 #endif
 993         /* Compact each zone in the list */
 994         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
 995                                                                 nodemask) {
 996                 int status;
 997
 998                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
 999                                                 contended, page);
1000                 rc = max(status, rc);
1001
1002                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1003                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1004                                       alloc_flags))
1005                         break;
1006         }
1007
1008         return rc;
1009 }
1010
1011
1012 /* Compact all zones within a node */
1013 static int __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1014 {
1015         int zoneid;
1016         struct zone *zone;
1017
1018         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1019
1020                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1021                 if (!populated_zone(zone))
1022                         continue;
1023
1024                 cc->nr_freepages = 0;
1025                 cc->nr_migratepages = 0;
1026                 cc->zone = zone;
1027                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1028                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1029
1030                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1031                         compact_zone(zone, cc);
1032
1033                 if (cc->order > 0) {
1034                         int ok = zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1035                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0);
1036                         if (ok && cc->order >= zone->compact_order_failed)
1037                                 zone->compact_order_failed = cc->order + 1;
1038                         /* Currently async compaction is never deferred. */
1039                         else if (!ok && cc->sync)
1040                                 defer_compaction(zone, cc->order);
1041                 }
1042
1043                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1044                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1045         }
1046
1047         return 0;
1048 }
1049
1050 int compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1051 {
1052         struct compact_control cc = {
1053                 .order = order,
1054                 .sync = false,
1055                 .page = NULL,
1056         };
1057
1058         return __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1059 }
1060
1061 static int compact_node(int nid)
1062 {
1063         struct compact_control cc = {
1064                 .order = -1,
1065                 .sync = true,
1066                 .page = NULL,
1067         };
1068
1069         return __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1070 }
1071
1072 /* Compact all nodes in the system */
1073 static int compact_nodes(void)
1074 {
1075         int nid;
1076
1077         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1078         lru_add_drain_all();
1079
1080         for_each_online_node(nid)
1081                 compact_node(nid);
1082
1083         return COMPACT_COMPLETE;
1084 }
1085
1086 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1087 int sysctl_compact_memory;
1088
1089 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1090 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1091                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1092 {
1093         if (write)
1094                 return compact_nodes();
1095
1096         return 0;
1097 }
1098
1099 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1100                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1101 {
1102         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1103
1104         return 0;
1105 }
1106
1107 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1108 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1109                         struct device_attribute *attr,
1110                         const char *buf, size_t count)
1111 {
1112         int nid = dev->id;
1113
1114         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1115                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1116                 lru_add_drain_all();
1117
1118                 compact_node(nid);
1119         }
1120
1121         return count;
1122 }
1123 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1124
1125 int compaction_register_node(struct node *node)
1126 {
1127         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1128 }
1129
1130 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1131 {
1132         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1133 }
1134 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1135
1136 #endif /* CONFIG_COMPACTION */