mm/compaction.c

   1 /*
   2  * linux/mm/compaction.c
   3  *
   4  * Memory compaction for the reduction of external fragmentation. Note that
   5  * this heavily depends upon page migration to do all the real heavy
   6  * lifting
   7  *
   8  * Copyright IBM Corp. 2007-2010 Mel Gorman <mel@csn.ul.ie>
   9  */
  10 #include <linux/swap.h>
  11 #include <linux/migrate.h>
  12 #include <linux/compaction.h>
  13 #include <linux/mm_inline.h>
  14 #include <linux/backing-dev.h>
  15 #include <linux/sysctl.h>
  16 #include <linux/sysfs.h>
  17 #include <linux/balloon_compaction.h>
  18 #include <linux/page-isolation.h>
  19 #include "internal.h"
  20
  21 #ifdef CONFIG_COMPACTION
  22 static inline void count_compact_event(enum vm_event_item item)
  23 {
  24         count_vm_event(item);
  25 }
  26
  27 static inline void count_compact_events(enum vm_event_item item, long delta)
  28 {
  29         count_vm_events(item, delta);
  30 }
  31 #else
  32 #define count_compact_event(item) do { } while (0)
  33 #define count_compact_events(item, delta) do { } while (0)
  34 #endif
  35
  36 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
  37
  38 #define CREATE_TRACE_POINTS
  39 #include <trace/events/compaction.h>
  40
  41 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
  42 {
  43         struct page *page, *next;
  44         unsigned long count = 0;
  45
  46         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
  47                 list_del(&page->lru);
  48                 __free_page(page);
  49                 count++;
  50         }
  51
  52         return count;
  53 }
  54
  55 static void map_pages(struct list_head *list)
  56 {
  57         struct page *page;
  58
  59         list_for_each_entry(page, list, lru) {
  60                 arch_alloc_page(page, 0);
  61                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
  62         }
  63 }
  64
  65 static inline bool migrate_async_suitable(int migratetype)
  66 {
  67         return is_migrate_cma(migratetype) || migratetype == MIGRATE_MOVABLE;
  68 }
  69
  70 #ifdef CONFIG_COMPACTION
  71 /* Returns true if the pageblock should be scanned for pages to isolate. */
  72 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
  73                                         struct page *page)
  74 {
  75         if (cc->ignore_skip_hint)
  76                 return true;
  77
  78         return !get_pageblock_skip(page);
  79 }
  80
  81 /*
  82  * This function is called to clear all cached information on pageblocks that
  83  * should be skipped for page isolation when the migrate and free page scanner
  84  * meet.
  85  */
  86 static void __reset_isolation_suitable(struct zone *zone)
  87 {
  88         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
  89         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
  90         unsigned long pfn;
  91
  92         zone->compact_cached_migrate_pfn[0] = start_pfn;
  93         zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = start_pfn;
  94         zone->compact_cached_free_pfn = end_pfn;
  95         zone->compact_blockskip_flush = false;
  96
  97         /* Walk the zone and mark every pageblock as suitable for isolation */
  98         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
  99                 struct page *page;
 100
 101                 cond_resched();
 102
 103                 if (!pfn_valid(pfn))
 104                         continue;
 105
 106                 page = pfn_to_page(pfn);
 107                 if (zone != page_zone(page))
 108                         continue;
 109
 110                 clear_pageblock_skip(page);
 111         }
 112 }
 113
 114 void reset_isolation_suitable(pg_data_t *pgdat)
 115 {
 116         int zoneid;
 117
 118         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
 119                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
 120                 if (!populated_zone(zone))
 121                         continue;
 122
 123                 /* Only flush if a full compaction finished recently */
 124                 if (zone->compact_blockskip_flush)
 125                         __reset_isolation_suitable(zone);
 126         }
 127 }
 128
 129 /*
 130  * If no pages were isolated then mark this pageblock to be skipped in the
 131  * future. The information is later cleared by __reset_isolation_suitable().
 132  */
 133 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 134                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 135                         bool set_unsuitable, bool migrate_scanner)
 136 {
 137         struct zone *zone = cc->zone;
 138         unsigned long pfn;
 139
 140         if (cc->ignore_skip_hint)
 141                 return;
 142
 143         if (!page)
 144                 return;
 145
 146         if (nr_isolated)
 147                 return;
 148
 149         /*
 150          * Only skip pageblocks when all forms of compaction will be known to
 151          * fail in the near future.
 152          */
 153         if (set_unsuitable)
 154                 set_pageblock_skip(page);
 155
 156         pfn = page_to_pfn(page);
 157
 158         /* Update where async and sync compaction should restart */
 159         if (migrate_scanner) {
 160                 if (cc->finished_update_migrate)
 161                         return;
 162                 if (pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn[0])
 163                         zone->compact_cached_migrate_pfn[0] = pfn;
 164                 if (cc->mode != MIGRATE_ASYNC &&
 165                     pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn[1])
 166                         zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = pfn;
 167         } else {
 168                 if (cc->finished_update_free)
 169                         return;
 170                 if (pfn < zone->compact_cached_free_pfn)
 171                         zone->compact_cached_free_pfn = pfn;
 172         }
 173 }
 174 #else
 175 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
 176                                         struct page *page)
 177 {
 178         return true;
 179 }
 180
 181 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 182                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 183                         bool set_unsuitable, bool migrate_scanner)
 184 {
 185 }
 186 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
 187
 188 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
 189 {
 190         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
 191 }
 192
 193 /*
 194  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
 195  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
 196  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
 197  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
 198  *
 199  * Returns true if the lock is held.
 200  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
 201  */
 202 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
 203                                       bool locked, struct compact_control *cc)
 204 {
 205         if (should_release_lock(lock)) {
 206                 if (locked) {
 207                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
 208                         locked = false;
 209                 }
 210
 211                 /* async aborts if taking too long or contended */
 212                 if (cc->mode == MIGRATE_ASYNC) {
 213                         cc->contended = true;
 214                         return false;
 215                 }
 216
 217                 cond_resched();
 218         }
 219
 220         if (!locked)
 221                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
 222         return true;
 223 }
 224
 225 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
 226 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
 227 {
 228         /* If the page is a large free page, then disallow migration */
 229         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 230                 return false;
 231
 232         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 233         if (migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page)))
 234                 return true;
 235
 236         /* Otherwise skip the block */
 237         return false;
 238 }
 239
 240 /*
 241  * Isolate free pages onto a private freelist. If @strict is true, will abort
 242  * returning 0 on any invalid PFNs or non-free pages inside of the pageblock
 243  * (even though it may still end up isolating some pages).
 244  */
 245 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
 246                                 unsigned long blockpfn,
 247                                 unsigned long end_pfn,
 248                                 struct list_head *freelist,
 249                                 bool strict)
 250 {
 251         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
 252         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
 253         unsigned long flags;
 254         bool locked = false;
 255         bool checked_pageblock = false;
 256
 257         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
 258
 259         /* Isolate free pages. */
 260         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
 261                 int isolated, i;
 262                 struct page *page = cursor;
 263
 264                 nr_scanned++;
 265                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
 266                         goto isolate_fail;
 267
 268                 if (!valid_page)
 269                         valid_page = page;
 270                 if (!PageBuddy(page))
 271                         goto isolate_fail;
 272
 273                 /*
 274                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
 275                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
 276                  * heavily contended if there are parallel allocations
 277                  * or parallel compactions. For async compaction do not
 278                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
 279                  * possible.
 280                  */
 281                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
 282                                                                 locked, cc);
 283                 if (!locked)
 284                         break;
 285
 286                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
 287                 if (!strict && !checked_pageblock) {
 288                         /*
 289                          * We need to check suitability of pageblock only once
 290                          * and this isolate_freepages_block() is called with
 291                          * pageblock range, so just check once is sufficient.
 292                          */
 293                         checked_pageblock = true;
 294                         if (!suitable_migration_target(page))
 295                                 break;
 296                 }
 297
 298                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
 299                 if (!PageBuddy(page))
 300                         goto isolate_fail;
 301
 302                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
 303                 isolated = split_free_page(page);
 304                 total_isolated += isolated;
 305                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
 306                         list_add(&page->lru, freelist);
 307                         page++;
 308                 }
 309
 310                 /* If a page was split, advance to the end of it */
 311                 if (isolated) {
 312                         blockpfn += isolated - 1;
 313                         cursor += isolated - 1;
 314                         continue;
 315                 }
 316
 317 isolate_fail:
 318                 if (strict)
 319                         break;
 320                 else
 321                         continue;
 322
 323         }
 324
 325         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
 326
 327         /*
 328          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
 329          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
 330          * returned and CMA will fail.
 331          */
 332         if (strict && blockpfn < end_pfn)
 333                 total_isolated = 0;
 334
 335         if (locked)
 336                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 337
 338         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 339         if (blockpfn == end_pfn)
 340                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, total_isolated, true,
 341                                       false);
 342
 343         count_compact_events(COMPACTFREE_SCANNED, nr_scanned);
 344         if (total_isolated)
 345                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, total_isolated);
 346         return total_isolated;
 347 }
 348
 349 /**
 350  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
 351  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 352  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 353  *
 354  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
 355  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
 356  * undo its actions and return zero.
 357  *
 358  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
 359  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
 360  * a free page).
 361  */
 362 unsigned long
 363 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
 364                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 365 {
 366         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
 367         LIST_HEAD(freelist);
 368
 369         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
 370                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
 371                         break;
 372
 373                 /*
 374                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
 375                  * but we keep it that we not to complicate the code.
 376                  */
 377                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 378                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
 379
 380                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
 381                                                    &freelist, true);
 382
 383                 /*
 384                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
 385                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
 386                  * non-free pages).
 387                  */
 388                 if (!isolated)
 389                         break;
 390
 391                 /*
 392                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
 393                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
 394                  * page may span two pageblocks).
 395                  */
 396         }
 397
 398         /* split_free_page does not map the pages */
 399         map_pages(&freelist);
 400
 401         if (pfn < end_pfn) {
 402                 /* Loop terminated early, cleanup. */
 403                 release_freepages(&freelist);
 404                 return 0;
 405         }
 406
 407         /* We don't use freelists for anything. */
 408         return pfn;
 409 }
 410
 411 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 412 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
 413 {
 414         struct page *page;
 415         unsigned int count[2] = { 0, };
 416
 417         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 418                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
 419
 420         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
 421         if (locked) {
 422                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 423                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 424         } else {
 425                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 426                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 427         }
 428 }
 429
 430 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 431 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 432 {
 433         unsigned long active, inactive, isolated;
 434
 435         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 436                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 437         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
 438                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
 439         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 440                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 441
 442         return isolated > (inactive + active) / 2;
 443 }
 444
 445 /**
 446  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
 447  * @zone:       Zone pages are in.
 448  * @cc:         Compaction control structure.
 449  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
 450  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
 451  * @unevictable: true if it allows to isolate unevictable pages
 452  *
 453  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
 454  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
 455  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
 456  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
 457  *
 458  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
 459  * zero.
 460  *
 461  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
 462  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
 463  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
 464  */
 465 unsigned long
 466 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
 467                 unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn, bool unevictable)
 468 {
 469         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
 470         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
 471         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 472         struct lruvec *lruvec;
 473         unsigned long flags;
 474         bool locked = false;
 475         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
 476         bool set_unsuitable = true;
 477         const isolate_mode_t mode = (cc->mode == MIGRATE_ASYNC ?
 478                                         ISOLATE_ASYNC_MIGRATE : 0) |
 479                                     (unevictable ? ISOLATE_UNEVICTABLE : 0);
 480
 481         /*
 482          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 483          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 484          * delay for some time until fewer pages are isolated
 485          */
 486         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 487                 /* async migration should just abort */
 488                 if (cc->mode == MIGRATE_ASYNC)
 489                         return 0;
 490
 491                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 492
 493                 if (fatal_signal_pending(current))
 494                         return 0;
 495         }
 496
 497         if (cond_resched()) {
 498                 /* Async terminates prematurely on need_resched() */
 499                 if (cc->mode == MIGRATE_ASYNC)
 500                         return 0;
 501         }
 502
 503         /* Time to isolate some pages for migration */
 504         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 505                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
 506                 if (locked && !(low_pfn % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
 507                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
 508                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 509                                 locked = false;
 510                         }
 511                 }
 512
 513                 /*
 514                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
 515                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
 516                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
 517                  * memory holes within the zone
 518                  */
 519                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
 520                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
 521                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
 522                                 continue;
 523                         }
 524                 }
 525
 526                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 527                         continue;
 528                 nr_scanned++;
 529
 530                 /*
 531                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
 532                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
 533                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
 534                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
 535                  */
 536                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 537                 if (page_zone(page) != zone)
 538                         continue;
 539
 540                 if (!valid_page)
 541                         valid_page = page;
 542
 543                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 544                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
 545                 if (last_pageblock_nr != pageblock_nr) {
 546                         int mt;
 547
 548                         last_pageblock_nr = pageblock_nr;
 549                         if (!isolation_suitable(cc, page))
 550                                 goto next_pageblock;
 551
 552                         /*
 553                          * For async migration, also only scan in MOVABLE
 554                          * blocks. Async migration is optimistic to see if
 555                          * the minimum amount of work satisfies the allocation
 556                          */
 557                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
 558                         if (cc->mode == MIGRATE_ASYNC &&
 559                             !migrate_async_suitable(mt)) {
 560                                 set_unsuitable = false;
 561                                 goto next_pageblock;
 562                         }
 563                 }
 564
 565                 /*
 566                  * Skip if free. page_order cannot be used without zone->lock
 567                  * as nothing prevents parallel allocations or buddy merging.
 568                  */
 569                 if (PageBuddy(page))
 570                         continue;
 571
 572                 /*
 573                  * Check may be lockless but that's ok as we recheck later.
 574                  * It's possible to migrate LRU pages and balloon pages
 575                  * Skip any other type of page
 576                  */
 577                 if (!PageLRU(page)) {
 578                         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
 579                                 if (locked && balloon_page_isolate(page)) {
 580                                         /* Successfully isolated */
 581                                         goto isolate_success;
 582                                 }
 583                         }
 584                         continue;
 585                 }
 586
 587                 /*
 588                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
 589                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
 590                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
 591                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
 592                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
 593                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
 594                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
 595                  * page underneath us may return surprising results.
 596                  */
 597                 if (PageTransHuge(page)) {
 598                         if (!locked)
 599                                 goto next_pageblock;
 600                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 601                         continue;
 602                 }
 603
 604                 /*
 605                  * Migration will fail if an anonymous page is pinned in memory,
 606                  * so avoid taking lru_lock and isolating it unnecessarily in an
 607                  * admittedly racy check.
 608                  */
 609                 if (!page_mapping(page) &&
 610                     page_count(page) > page_mapcount(page))
 611                         continue;
 612
 613                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
 614                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
 615                                                                 locked, cc);
 616                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
 617                         break;
 618
 619                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
 620                 if (!PageLRU(page))
 621                         continue;
 622                 if (PageTransHuge(page)) {
 623                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 624                         continue;
 625                 }
 626
 627                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 628
 629                 /* Try isolate the page */
 630                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
 631                         continue;
 632
 633                 VM_BUG_ON_PAGE(PageTransCompound(page), page);
 634
 635                 /* Successfully isolated */
 636                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
 637
 638 isolate_success:
 639                 cc->finished_update_migrate = true;
 640                 list_add(&page->lru, migratelist);
 641                 cc->nr_migratepages++;
 642                 nr_isolated++;
 643
 644                 /* Avoid isolating too much */
 645                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
 646                         ++low_pfn;
 647                         break;
 648                 }
 649
 650                 continue;
 651
 652 next_pageblock:
 653                 low_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages) - 1;
 654         }
 655
 656         acct_isolated(zone, locked, cc);
 657
 658         if (locked)
 659                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 660
 661         /*
 662          * Update the pageblock-skip information and cached scanner pfn,
 663          * if the whole pageblock was scanned without isolating any page.
 664          */
 665         if (low_pfn == end_pfn)
 666                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated,
 667                                       set_unsuitable, true);
 668
 669         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 670
 671         count_compact_events(COMPACTMIGRATE_SCANNED, nr_scanned);
 672         if (nr_isolated)
 673                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, nr_isolated);
 674
 675         return low_pfn;
 676 }
 677
 678 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 679 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 680 /*
 681  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 682  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 683  */
 684 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 685                                 struct compact_control *cc)
 686 {
 687         struct page *page;
 688         unsigned long block_start_pfn;  /* start of current pageblock */
 689         unsigned long block_end_pfn;    /* end of current pageblock */
 690         unsigned long low_pfn;       /* lowest pfn scanner is able to scan */
 691         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 692         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 693
 694         /*
 695          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 696          * successfully isolated from, zone-cached value, or the end of the
 697          * zone when isolating for the first time. We need this aligned to
 698          * the pageblock boundary, because we do
 699          * block_start_pfn -= pageblock_nr_pages in the for loop.
 700          * For ending point, take care when isolating in last pageblock of a
 701          * a zone which ends in the middle of a pageblock.
 702          * The low boundary is the end of the pageblock the migration scanner
 703          * is using.
 704          */
 705         block_start_pfn = cc->free_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
 706         block_end_pfn = min(block_start_pfn + pageblock_nr_pages,
 707                                                 zone_end_pfn(zone));
 708         low_pfn = ALIGN(cc->migrate_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 709
 710         /*
 711          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 712          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 713          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 714          */
 715         for (; block_start_pfn >= low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 716                                 block_end_pfn = block_start_pfn,
 717                                 block_start_pfn -= pageblock_nr_pages) {
 718                 unsigned long isolated;
 719
 720                 /*
 721                  * This can iterate a massively long zone without finding any
 722                  * suitable migration targets, so periodically check if we need
 723                  * to schedule.
 724                  */
 725                 cond_resched();
 726
 727                 if (!pfn_valid(block_start_pfn))
 728                         continue;
 729
 730                 /*
 731                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 732                  * configurations to have a setup like
 733                  * node0 node1 node0
 734                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 735                  * pages do not belong to a single zone.
 736                  */
 737                 page = pfn_to_page(block_start_pfn);
 738                 if (page_zone(page) != zone)
 739                         continue;
 740
 741                 /* Check the block is suitable for migration */
 742                 if (!suitable_migration_target(page))
 743                         continue;
 744
 745                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 746                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 747                         continue;
 748
 749                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
 750                 cc->free_pfn = block_start_pfn;
 751                 isolated = isolate_freepages_block(cc, block_start_pfn,
 752                                         block_end_pfn, freelist, false);
 753                 nr_freepages += isolated;
 754
 755                 /*
 756                  * Set a flag that we successfully isolated in this pageblock.
 757                  * In the next loop iteration, zone->compact_cached_free_pfn
 758                  * will not be updated and thus it will effectively contain the
 759                  * highest pageblock we isolated pages from.
 760                  */
 761                 if (isolated)
 762                         cc->finished_update_free = true;
 763         }
 764
 765         /* split_free_page does not map the pages */
 766         map_pages(freelist);
 767
 768         /*
 769          * If we crossed the migrate scanner, we want to keep it that way
 770          * so that compact_finished() may detect this
 771          */
 772         if (block_start_pfn < low_pfn)
 773                 cc->free_pfn = cc->migrate_pfn;
 774
 775         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 776 }
 777
 778 /*
 779  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 780  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 781  */
 782 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 783                                         unsigned long data,
 784                                         int **result)
 785 {
 786         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 787         struct page *freepage;
 788
 789         /* Isolate free pages if necessary */
 790         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 791                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 792
 793                 if (list_empty(&cc->freepages))
 794                         return NULL;
 795         }
 796
 797         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 798         list_del(&freepage->lru);
 799         cc->nr_freepages--;
 800
 801         return freepage;
 802 }
 803
 804 /*
 805  * This is a migrate-callback that "frees" freepages back to the isolated
 806  * freelist.  All pages on the freelist are from the same zone, so there is no
 807  * special handling needed for NUMA.
 808  */
 809 static void compaction_free(struct page *page, unsigned long data)
 810 {
 811         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 812
 813         list_add(&page->lru, &cc->freepages);
 814         cc->nr_freepages++;
 815 }
 816
 817 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 818 typedef enum {
 819         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 820         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 821         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 822 } isolate_migrate_t;
 823
 824 /*
 825  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 826  * the migrate scanner within compact_control.
 827  */
 828 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 829                                         struct compact_control *cc)
 830 {
 831         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 832
 833         /* Do not scan outside zone boundaries */
 834         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 835
 836         /* Only scan within a pageblock boundary */
 837         end_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 838
 839         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 840         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 841                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 842                 return ISOLATE_NONE;
 843         }
 844
 845         /* Perform the isolation */
 846         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn, false);
 847         if (!low_pfn || cc->contended)
 848                 return ISOLATE_ABORT;
 849
 850         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 851
 852         return ISOLATE_SUCCESS;
 853 }
 854
 855 static int compact_finished(struct zone *zone,
 856                             struct compact_control *cc)
 857 {
 858         unsigned int order;
 859         unsigned long watermark;
 860
 861         if (fatal_signal_pending(current))
 862                 return COMPACT_PARTIAL;
 863
 864         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 865         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
 866                 /* Let the next compaction start anew. */
 867                 zone->compact_cached_migrate_pfn[0] = zone->zone_start_pfn;
 868                 zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = zone->zone_start_pfn;
 869                 zone->compact_cached_free_pfn = zone_end_pfn(zone);
 870
 871                 /*
 872                  * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
 873                  * by kswapd when it goes to sleep. kswapd does not set the
 874                  * flag itself as the decision to be clear should be directly
 875                  * based on an allocation request.
 876                  */
 877                 if (!current_is_kswapd())
 878                         zone->compact_blockskip_flush = true;
 879
 880                 return COMPACT_COMPLETE;
 881         }
 882
 883         /*
 884          * order == -1 is expected when compacting via
 885          * /proc/sys/vm/compact_memory
 886          */
 887         if (cc->order == -1)
 888                 return COMPACT_CONTINUE;
 889
 890         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 891         watermark = low_wmark_pages(zone);
 892         watermark += (1 << cc->order);
 893
 894         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 895                 return COMPACT_CONTINUE;
 896
 897         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 898         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 899                 struct free_area *area = &zone->free_area[order];
 900
 901                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
 902                 if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
 903                         return COMPACT_PARTIAL;
 904
 905                 /* Job done if allocation would set block type */
 906                 if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
 907                         return COMPACT_PARTIAL;
 908         }
 909
 910         return COMPACT_CONTINUE;
 911 }
 912
 913 /*
 914  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 915  * Returns
 916  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 917  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 918  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 919  */
 920 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 921 {
 922         int fragindex;
 923         unsigned long watermark;
 924
 925         /*
 926          * order == -1 is expected when compacting via
 927          * /proc/sys/vm/compact_memory
 928          */
 929         if (order == -1)
 930                 return COMPACT_CONTINUE;
 931
 932         /*
 933          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 934          * This is because during migration, copies of pages need to be
 935          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 936          */
 937         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 938         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 939                 return COMPACT_SKIPPED;
 940
 941         /*
 942          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 943          * low memory or external fragmentation
 944          *
 945          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 946          * watermarks
 947          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 948          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 949          *
 950          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 951          */
 952         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 953         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 954                 return COMPACT_SKIPPED;
 955
 956         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 957             0, 0))
 958                 return COMPACT_PARTIAL;
 959
 960         return COMPACT_CONTINUE;
 961 }
 962
 963 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 964 {
 965         int ret;
 966         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
 967         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
 968         const bool sync = cc->mode != MIGRATE_ASYNC;
 969
 970         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
 971         switch (ret) {
 972         case COMPACT_PARTIAL:
 973         case COMPACT_SKIPPED:
 974                 /* Compaction is likely to fail */
 975                 return ret;
 976         case COMPACT_CONTINUE:
 977                 /* Fall through to compaction */
 978                 ;
 979         }
 980
 981         /*
 982          * Clear pageblock skip if there were failures recently and compaction
 983          * is about to be retried after being deferred. kswapd does not do
 984          * this reset as it'll reset the cached information when going to sleep.
 985          */
 986         if (compaction_restarting(zone, cc->order) && !current_is_kswapd())
 987                 __reset_isolation_suitable(zone);
 988
 989         /*
 990          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
 991          * information on where the scanners should start but check that it
 992          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
 993          */
 994         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn[sync];
 995         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
 996         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
 997                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
 998                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
 999         }
1000         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
1001                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
1002                 zone->compact_cached_migrate_pfn[0] = cc->migrate_pfn;
1003                 zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = cc->migrate_pfn;
1004         }
1005
1006         trace_mm_compaction_begin(start_pfn, cc->migrate_pfn, cc->free_pfn, end_pfn);
1007
1008         migrate_prep_local();
1009
1010         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
1011                 int err;
1012
1013                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
1014                 case ISOLATE_ABORT:
1015                         ret = COMPACT_PARTIAL;
1016                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1017                         cc->nr_migratepages = 0;
1018                         goto out;
1019                 case ISOLATE_NONE:
1020                         continue;
1021                 case ISOLATE_SUCCESS:
1022                         ;
1023                 }
1024
1025                 if (!cc->nr_migratepages)
1026                         continue;
1027
1028                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
1029                                 compaction_free, (unsigned long)cc, cc->mode,
1030                                 MR_COMPACTION);
1031
1032                 trace_mm_compaction_migratepages(cc->nr_migratepages, err,
1033                                                         &cc->migratepages);
1034
1035                 /* All pages were either migrated or will be released */
1036                 cc->nr_migratepages = 0;
1037                 if (err) {
1038                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1039                         /*
1040                          * migrate_pages() may return -ENOMEM when scanners meet
1041                          * and we want compact_finished() to detect it
1042                          */
1043                         if (err == -ENOMEM && cc->free_pfn > cc->migrate_pfn) {
1044                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
1045                                 goto out;
1046                         }
1047                 }
1048         }
1049
1050 out:
1051         /* Release free pages and check accounting */
1052         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
1053         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
1054
1055         trace_mm_compaction_end(ret);
1056
1057         return ret;
1058 }
1059
1060 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone, int order,
1061                 gfp_t gfp_mask, enum migrate_mode mode, bool *contended)
1062 {
1063         unsigned long ret;
1064         struct compact_control cc = {
1065                 .nr_freepages = 0,
1066                 .nr_migratepages = 0,
1067                 .order = order,
1068                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1069                 .zone = zone,
1070                 .mode = mode,
1071         };
1072         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1073         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1074
1075         ret = compact_zone(zone, &cc);
1076
1077         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1078         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1079
1080         *contended = cc.contended;
1081         return ret;
1082 }
1083
1084 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1085
1086 /**
1087  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1088  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1089  * @order: The order of the current allocation
1090  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1091  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1092  * @mode: The migration mode for async, sync light, or sync migration
1093  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1094  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1095  *
1096  * This is the main entry point for direct page compaction.
1097  */
1098 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1099                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1100                         enum migrate_mode mode, bool *contended)
1101 {
1102         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1103         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1104         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1105         struct zoneref *z;
1106         struct zone *zone;
1107         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1108         int alloc_flags = 0;
1109
1110         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1111         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1112                 return rc;
1113
1114         count_compact_event(COMPACTSTALL);
1115
1116 #ifdef CONFIG_CMA
1117         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1118                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1119 #endif
1120         /* Compact each zone in the list */
1121         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1122                                                                 nodemask) {
1123                 int status;
1124
1125                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, mode,
1126                                                 contended);
1127                 rc = max(status, rc);
1128
1129                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1130                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1131                                       alloc_flags))
1132                         break;
1133         }
1134
1135         return rc;
1136 }
1137
1138
1139 /* Compact all zones within a node */
1140 static void __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1141 {
1142         int zoneid;
1143         struct zone *zone;
1144
1145         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1146
1147                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1148                 if (!populated_zone(zone))
1149                         continue;
1150
1151                 cc->nr_freepages = 0;
1152                 cc->nr_migratepages = 0;
1153                 cc->zone = zone;
1154                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1155                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1156
1157                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1158                         compact_zone(zone, cc);
1159
1160                 if (cc->order > 0) {
1161                         if (zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1162                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0))
1163                                 compaction_defer_reset(zone, cc->order, false);
1164                 }
1165
1166                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1167                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1168         }
1169 }
1170
1171 void compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1172 {
1173         struct compact_control cc = {
1174                 .order = order,
1175                 .mode = MIGRATE_ASYNC,
1176         };
1177
1178         if (!order)
1179                 return;
1180
1181         __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1182 }
1183
1184 static void compact_node(int nid)
1185 {
1186         struct compact_control cc = {
1187                 .order = -1,
1188                 .mode = MIGRATE_SYNC,
1189                 .ignore_skip_hint = true,
1190         };
1191
1192         __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1193 }
1194
1195 /* Compact all nodes in the system */
1196 static void compact_nodes(void)
1197 {
1198         int nid;
1199
1200         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1201         lru_add_drain_all();
1202
1203         for_each_online_node(nid)
1204                 compact_node(nid);
1205 }
1206
1207 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1208 int sysctl_compact_memory;
1209
1210 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1211 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1212                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1213 {
1214         if (write)
1215                 compact_nodes();
1216
1217         return 0;
1218 }
1219
1220 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1221                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1222 {
1223         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1224
1225         return 0;
1226 }
1227
1228 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1229 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1230                         struct device_attribute *attr,
1231                         const char *buf, size_t count)
1232 {
1233         int nid = dev->id;
1234
1235         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1236                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1237                 lru_add_drain_all();
1238
1239                 compact_node(nid);
1240         }
1241
1242         return count;
1243 }
1244 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1245
1246 int compaction_register_node(struct node *node)
1247 {
1248         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1249 }
1250
1251 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1252 {
1253         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1254 }
1255 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1256
1257 #endif /* CONFIG_COMPACTION */