5e38e5706f62283a8fb86f6ddd6522b1c566ed53
[platform/adaptation/renesas_rcar/renesas_kernel.git] / 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 = start_pfn;
93         zone->compact_cached_free_pfn = end_pfn;
94         zone->compact_blockskip_flush = false;
95
96         /* Walk the zone and mark every pageblock as suitable for isolation */
97         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
98                 struct page *page;
99
100                 cond_resched();
101
102                 if (!pfn_valid(pfn))
103                         continue;
104
105                 page = pfn_to_page(pfn);
106                 if (zone != page_zone(page))
107                         continue;
108
109                 clear_pageblock_skip(page);
110         }
111 }
112
113 void reset_isolation_suitable(pg_data_t *pgdat)
114 {
115         int zoneid;
116
117         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
118                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
119                 if (!populated_zone(zone))
120                         continue;
121
122                 /* Only flush if a full compaction finished recently */
123                 if (zone->compact_blockskip_flush)
124                         __reset_isolation_suitable(zone);
125         }
126 }
127
128 /*
129  * If no pages were isolated then mark this pageblock to be skipped in the
130  * future. The information is later cleared by __reset_isolation_suitable().
131  */
132 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
133                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
134                         bool migrate_scanner)
135 {
136         struct zone *zone = cc->zone;
137
138         if (cc->ignore_skip_hint)
139                 return;
140
141         if (!page)
142                 return;
143
144         if (!nr_isolated) {
145                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
146                 set_pageblock_skip(page);
147
148                 /* Update where compaction should restart */
149                 if (migrate_scanner) {
150                         if (!cc->finished_update_migrate &&
151                             pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn)
152                                 zone->compact_cached_migrate_pfn = pfn;
153                 } else {
154                         if (!cc->finished_update_free &&
155                             pfn < zone->compact_cached_free_pfn)
156                                 zone->compact_cached_free_pfn = pfn;
157                 }
158         }
159 }
160 #else
161 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
162                                         struct page *page)
163 {
164         return true;
165 }
166
167 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
168                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
169                         bool migrate_scanner)
170 {
171 }
172 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
173
174 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
175 {
176         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
177 }
178
179 /*
180  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
181  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
182  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
183  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
184  *
185  * Returns true if the lock is held.
186  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
187  */
188 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
189                                       bool locked, struct compact_control *cc)
190 {
191         if (should_release_lock(lock)) {
192                 if (locked) {
193                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
194                         locked = false;
195                 }
196
197                 /* async aborts if taking too long or contended */
198                 if (!cc->sync) {
199                         cc->contended = true;
200                         return false;
201                 }
202
203                 cond_resched();
204         }
205
206         if (!locked)
207                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
208         return true;
209 }
210
211 static inline bool compact_trylock_irqsave(spinlock_t *lock,
212                         unsigned long *flags, struct compact_control *cc)
213 {
214         return compact_checklock_irqsave(lock, flags, false, cc);
215 }
216
217 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
218 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
219 {
220         /* If the page is a large free page, then disallow migration */
221         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
222                 return false;
223
224         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
225         if (migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page)))
226                 return true;
227
228         /* Otherwise skip the block */
229         return false;
230 }
231
232 /*
233  * Isolate free pages onto a private freelist. If @strict is true, will abort
234  * returning 0 on any invalid PFNs or non-free pages inside of the pageblock
235  * (even though it may still end up isolating some pages).
236  */
237 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
238                                 unsigned long blockpfn,
239                                 unsigned long end_pfn,
240                                 struct list_head *freelist,
241                                 bool strict)
242 {
243         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
244         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
245         unsigned long flags;
246         bool locked = false;
247         bool checked_pageblock = false;
248
249         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
250
251         /* Isolate free pages. */
252         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
253                 int isolated, i;
254                 struct page *page = cursor;
255
256                 nr_scanned++;
257                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
258                         goto isolate_fail;
259
260                 if (!valid_page)
261                         valid_page = page;
262                 if (!PageBuddy(page))
263                         goto isolate_fail;
264
265                 /*
266                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
267                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
268                  * heavily contended if there are parallel allocations
269                  * or parallel compactions. For async compaction do not
270                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
271                  * possible.
272                  */
273                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
274                                                                 locked, cc);
275                 if (!locked)
276                         break;
277
278                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
279                 if (!strict && !checked_pageblock) {
280                         /*
281                          * We need to check suitability of pageblock only once
282                          * and this isolate_freepages_block() is called with
283                          * pageblock range, so just check once is sufficient.
284                          */
285                         checked_pageblock = true;
286                         if (!suitable_migration_target(page))
287                                 break;
288                 }
289
290                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
291                 if (!PageBuddy(page))
292                         goto isolate_fail;
293
294                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
295                 isolated = split_free_page(page);
296                 total_isolated += isolated;
297                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
298                         list_add(&page->lru, freelist);
299                         page++;
300                 }
301
302                 /* If a page was split, advance to the end of it */
303                 if (isolated) {
304                         blockpfn += isolated - 1;
305                         cursor += isolated - 1;
306                         continue;
307                 }
308
309 isolate_fail:
310                 if (strict)
311                         break;
312                 else
313                         continue;
314
315         }
316
317         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
318
319         /*
320          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
321          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
322          * returned and CMA will fail.
323          */
324         if (strict && blockpfn < end_pfn)
325                 total_isolated = 0;
326
327         if (locked)
328                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
329
330         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
331         if (blockpfn == end_pfn)
332                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, total_isolated, false);
333
334         count_compact_events(COMPACTFREE_SCANNED, nr_scanned);
335         if (total_isolated)
336                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, total_isolated);
337         return total_isolated;
338 }
339
340 /**
341  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
342  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
343  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
344  *
345  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
346  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
347  * undo its actions and return zero.
348  *
349  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
350  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
351  * a free page).
352  */
353 unsigned long
354 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
355                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
356 {
357         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
358         LIST_HEAD(freelist);
359
360         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
361                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
362                         break;
363
364                 /*
365                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
366                  * but we keep it that we not to complicate the code.
367                  */
368                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
369                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
370
371                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
372                                                    &freelist, true);
373
374                 /*
375                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
376                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
377                  * non-free pages).
378                  */
379                 if (!isolated)
380                         break;
381
382                 /*
383                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
384                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
385                  * page may span two pageblocks).
386                  */
387         }
388
389         /* split_free_page does not map the pages */
390         map_pages(&freelist);
391
392         if (pfn < end_pfn) {
393                 /* Loop terminated early, cleanup. */
394                 release_freepages(&freelist);
395                 return 0;
396         }
397
398         /* We don't use freelists for anything. */
399         return pfn;
400 }
401
402 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
403 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
404 {
405         struct page *page;
406         unsigned int count[2] = { 0, };
407
408         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
409                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
410
411         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
412         if (locked) {
413                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
414                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
415         } else {
416                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
417                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
418         }
419 }
420
421 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
422 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
423 {
424         unsigned long active, inactive, isolated;
425
426         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
427                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
428         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
429                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
430         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
431                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
432
433         return isolated > (inactive + active) / 2;
434 }
435
436 /**
437  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
438  * @zone:       Zone pages are in.
439  * @cc:         Compaction control structure.
440  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
441  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
442  * @unevictable: true if it allows to isolate unevictable pages
443  *
444  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
445  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
446  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
447  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
448  *
449  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
450  * zero.
451  *
452  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
453  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
454  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
455  */
456 unsigned long
457 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
458                 unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn, bool unevictable)
459 {
460         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
461         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
462         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
463         struct lruvec *lruvec;
464         unsigned long flags;
465         bool locked = false;
466         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
467         bool skipped_async_unsuitable = false;
468         const isolate_mode_t mode = (!cc->sync ? ISOLATE_ASYNC_MIGRATE : 0) |
469                                     (unevictable ? ISOLATE_UNEVICTABLE : 0);
470
471         /*
472          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
473          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
474          * delay for some time until fewer pages are isolated
475          */
476         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
477                 /* async migration should just abort */
478                 if (!cc->sync)
479                         return 0;
480
481                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
482
483                 if (fatal_signal_pending(current))
484                         return 0;
485         }
486
487         /* Time to isolate some pages for migration */
488         cond_resched();
489         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
490                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
491                 if (locked && !(low_pfn % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
492                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
493                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
494                                 locked = false;
495                         }
496                 }
497
498                 /*
499                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
500                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
501                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
502                  * memory holes within the zone
503                  */
504                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
505                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
506                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
507                                 continue;
508                         }
509                 }
510
511                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
512                         continue;
513                 nr_scanned++;
514
515                 /*
516                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
517                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
518                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
519                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
520                  */
521                 page = pfn_to_page(low_pfn);
522                 if (page_zone(page) != zone)
523                         continue;
524
525                 if (!valid_page)
526                         valid_page = page;
527
528                 /* If isolation recently failed, do not retry */
529                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
530                 if (last_pageblock_nr != pageblock_nr) {
531                         int mt;
532
533                         last_pageblock_nr = pageblock_nr;
534                         if (!isolation_suitable(cc, page))
535                                 goto next_pageblock;
536
537                         /*
538                          * For async migration, also only scan in MOVABLE
539                          * blocks. Async migration is optimistic to see if
540                          * the minimum amount of work satisfies the allocation
541                          */
542                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
543                         if (!cc->sync && !migrate_async_suitable(mt)) {
544                                 cc->finished_update_migrate = true;
545                                 skipped_async_unsuitable = true;
546                                 goto next_pageblock;
547                         }
548                 }
549
550                 /*
551                  * Skip if free. page_order cannot be used without zone->lock
552                  * as nothing prevents parallel allocations or buddy merging.
553                  */
554                 if (PageBuddy(page))
555                         continue;
556
557                 /*
558                  * Check may be lockless but that's ok as we recheck later.
559                  * It's possible to migrate LRU pages and balloon pages
560                  * Skip any other type of page
561                  */
562                 if (!PageLRU(page)) {
563                         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
564                                 if (locked && balloon_page_isolate(page)) {
565                                         /* Successfully isolated */
566                                         goto isolate_success;
567                                 }
568                         }
569                         continue;
570                 }
571
572                 /*
573                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
574                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
575                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
576                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
577                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
578                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
579                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
580                  * page underneath us may return surprising results.
581                  */
582                 if (PageTransHuge(page)) {
583                         if (!locked)
584                                 goto next_pageblock;
585                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
586                         continue;
587                 }
588
589                 /*
590                  * Migration will fail if an anonymous page is pinned in memory,
591                  * so avoid taking lru_lock and isolating it unnecessarily in an
592                  * admittedly racy check.
593                  */
594                 if (!page_mapping(page) &&
595                     page_count(page) > page_mapcount(page))
596                         continue;
597
598                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
599                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
600                                                                 locked, cc);
601                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
602                         break;
603
604                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
605                 if (!PageLRU(page))
606                         continue;
607                 if (PageTransHuge(page)) {
608                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
609                         continue;
610                 }
611
612                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
613
614                 /* Try isolate the page */
615                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
616                         continue;
617
618                 VM_BUG_ON_PAGE(PageTransCompound(page), page);
619
620                 /* Successfully isolated */
621                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
622
623 isolate_success:
624                 cc->finished_update_migrate = true;
625                 list_add(&page->lru, migratelist);
626                 cc->nr_migratepages++;
627                 nr_isolated++;
628
629                 /* Avoid isolating too much */
630                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
631                         ++low_pfn;
632                         break;
633                 }
634
635                 continue;
636
637 next_pageblock:
638                 low_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages) - 1;
639         }
640
641         acct_isolated(zone, locked, cc);
642
643         if (locked)
644                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
645
646         /*
647          * Update the pageblock-skip information and cached scanner pfn,
648          * if the whole pageblock was scanned without isolating any page.
649          * This is not done when pageblock was skipped due to being unsuitable
650          * for async compaction, so that eventual sync compaction can try.
651          */
652         if (low_pfn == end_pfn && !skipped_async_unsuitable)
653                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated, true);
654
655         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
656
657         count_compact_events(COMPACTMIGRATE_SCANNED, nr_scanned);
658         if (nr_isolated)
659                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, nr_isolated);
660
661         return low_pfn;
662 }
663
664 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
665 #ifdef CONFIG_COMPACTION
666 /*
667  * Based on information in the current compact_control, find blocks
668  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
669  */
670 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
671                                 struct compact_control *cc)
672 {
673         struct page *page;
674         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, z_end_pfn;
675         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
676         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
677
678         /*
679          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
680          * successfully isolated from, zone-cached value, or the end of the
681          * zone when isolating for the first time. We need this aligned to
682          * the pageblock boundary, because we do pfn -= pageblock_nr_pages
683          * in the for loop.
684          * The low boundary is the end of the pageblock the migration scanner
685          * is using.
686          */
687         pfn = cc->free_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
688         low_pfn = ALIGN(cc->migrate_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
689
690         /*
691          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
692          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
693          * in the next isolation cycle.
694          */
695         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
696
697         z_end_pfn = zone_end_pfn(zone);
698
699         /*
700          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
701          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
702          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
703          */
704         for (; pfn >= low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
705                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
706                 unsigned long isolated;
707                 unsigned long end_pfn;
708
709                 /*
710                  * This can iterate a massively long zone without finding any
711                  * suitable migration targets, so periodically check if we need
712                  * to schedule.
713                  */
714                 cond_resched();
715
716                 if (!pfn_valid(pfn))
717                         continue;
718
719                 /*
720                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
721                  * configurations to have a setup like
722                  * node0 node1 node0
723                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
724                  * pages do not belong to a single zone.
725                  */
726                 page = pfn_to_page(pfn);
727                 if (page_zone(page) != zone)
728                         continue;
729
730                 /* Check the block is suitable for migration */
731                 if (!suitable_migration_target(page))
732                         continue;
733
734                 /* If isolation recently failed, do not retry */
735                 if (!isolation_suitable(cc, page))
736                         continue;
737
738                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
739                 isolated = 0;
740
741                 /*
742                  * Take care when isolating in last pageblock of a zone which
743                  * ends in the middle of a pageblock.
744                  */
745                 end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, z_end_pfn);
746                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, end_pfn,
747                                                    freelist, false);
748                 nr_freepages += isolated;
749
750                 /*
751                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
752                  * looking for free pages, the search will restart here as
753                  * page migration may have returned some pages to the allocator
754                  */
755                 if (isolated) {
756                         cc->finished_update_free = true;
757                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
758                 }
759         }
760
761         /* split_free_page does not map the pages */
762         map_pages(freelist);
763
764         /*
765          * If we crossed the migrate scanner, we want to keep it that way
766          * so that compact_finished() may detect this
767          */
768         if (pfn < low_pfn)
769                 cc->free_pfn = max(pfn, zone->zone_start_pfn);
770         else
771                 cc->free_pfn = high_pfn;
772         cc->nr_freepages = nr_freepages;
773 }
774
775 /*
776  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
777  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
778  */
779 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
780                                         unsigned long data,
781                                         int **result)
782 {
783         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
784         struct page *freepage;
785
786         /* Isolate free pages if necessary */
787         if (list_empty(&cc->freepages)) {
788                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
789
790                 if (list_empty(&cc->freepages))
791                         return NULL;
792         }
793
794         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
795         list_del(&freepage->lru);
796         cc->nr_freepages--;
797
798         return freepage;
799 }
800
801 /*
802  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
803  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
804  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
805  */
806 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
807 {
808         int nr_migratepages = 0;
809         int nr_freepages = 0;
810         struct page *page;
811
812         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
813                 nr_migratepages++;
814         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
815                 nr_freepages++;
816
817         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
818         cc->nr_freepages = nr_freepages;
819 }
820
821 /* possible outcome of isolate_migratepages */
822 typedef enum {
823         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
824         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
825         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
826 } isolate_migrate_t;
827
828 /*
829  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
830  * the migrate scanner within compact_control.
831  */
832 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
833                                         struct compact_control *cc)
834 {
835         unsigned long low_pfn, end_pfn;
836
837         /* Do not scan outside zone boundaries */
838         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
839
840         /* Only scan within a pageblock boundary */
841         end_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
842
843         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
844         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
845                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
846                 return ISOLATE_NONE;
847         }
848
849         /* Perform the isolation */
850         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn, false);
851         if (!low_pfn || cc->contended)
852                 return ISOLATE_ABORT;
853
854         cc->migrate_pfn = low_pfn;
855
856         return ISOLATE_SUCCESS;
857 }
858
859 static int compact_finished(struct zone *zone,
860                             struct compact_control *cc)
861 {
862         unsigned int order;
863         unsigned long watermark;
864
865         if (fatal_signal_pending(current))
866                 return COMPACT_PARTIAL;
867
868         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
869         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
870                 /* Let the next compaction start anew. */
871                 zone->compact_cached_migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
872                 zone->compact_cached_free_pfn = zone_end_pfn(zone);
873
874                 /*
875                  * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
876                  * by kswapd when it goes to sleep. kswapd does not set the
877                  * flag itself as the decision to be clear should be directly
878                  * based on an allocation request.
879                  */
880                 if (!current_is_kswapd())
881                         zone->compact_blockskip_flush = true;
882
883                 return COMPACT_COMPLETE;
884         }
885
886         /*
887          * order == -1 is expected when compacting via
888          * /proc/sys/vm/compact_memory
889          */
890         if (cc->order == -1)
891                 return COMPACT_CONTINUE;
892
893         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
894         watermark = low_wmark_pages(zone);
895         watermark += (1 << cc->order);
896
897         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
898                 return COMPACT_CONTINUE;
899
900         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
901         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
902                 struct free_area *area = &zone->free_area[order];
903
904                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
905                 if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
906                         return COMPACT_PARTIAL;
907
908                 /* Job done if allocation would set block type */
909                 if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
910                         return COMPACT_PARTIAL;
911         }
912
913         return COMPACT_CONTINUE;
914 }
915
916 /*
917  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
918  * Returns
919  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
920  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
921  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
922  */
923 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
924 {
925         int fragindex;
926         unsigned long watermark;
927
928         /*
929          * order == -1 is expected when compacting via
930          * /proc/sys/vm/compact_memory
931          */
932         if (order == -1)
933                 return COMPACT_CONTINUE;
934
935         /*
936          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
937          * This is because during migration, copies of pages need to be
938          * allocated and for a short time, the footprint is higher
939          */
940         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
941         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
942                 return COMPACT_SKIPPED;
943
944         /*
945          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
946          * low memory or external fragmentation
947          *
948          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
949          * watermarks
950          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
951          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
952          *
953          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
954          */
955         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
956         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
957                 return COMPACT_SKIPPED;
958
959         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
960             0, 0))
961                 return COMPACT_PARTIAL;
962
963         return COMPACT_CONTINUE;
964 }
965
966 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
967 {
968         int ret;
969         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
970         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
971
972         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
973         switch (ret) {
974         case COMPACT_PARTIAL:
975         case COMPACT_SKIPPED:
976                 /* Compaction is likely to fail */
977                 return ret;
978         case COMPACT_CONTINUE:
979                 /* Fall through to compaction */
980                 ;
981         }
982
983         /*
984          * Clear pageblock skip if there were failures recently and compaction
985          * is about to be retried after being deferred. kswapd does not do
986          * this reset as it'll reset the cached information when going to sleep.
987          */
988         if (compaction_restarting(zone, cc->order) && !current_is_kswapd())
989                 __reset_isolation_suitable(zone);
990
991         /*
992          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
993          * information on where the scanners should start but check that it
994          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
995          */
996         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn;
997         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
998         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
999                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1000                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
1001         }
1002         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
1003                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
1004                 zone->compact_cached_migrate_pfn = cc->migrate_pfn;
1005         }
1006
1007         trace_mm_compaction_begin(start_pfn, cc->migrate_pfn, cc->free_pfn, end_pfn);
1008
1009         migrate_prep_local();
1010
1011         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
1012                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
1013                 int err;
1014
1015                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
1016                 case ISOLATE_ABORT:
1017                         ret = COMPACT_PARTIAL;
1018                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1019                         cc->nr_migratepages = 0;
1020                         goto out;
1021                 case ISOLATE_NONE:
1022                         continue;
1023                 case ISOLATE_SUCCESS:
1024                         ;
1025                 }
1026
1027                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
1028                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
1029                                 (unsigned long)cc,
1030                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC,
1031                                 MR_COMPACTION);
1032                 update_nr_listpages(cc);
1033                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
1034
1035                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
1036                                                 nr_remaining);
1037
1038                 /* Release isolated pages not migrated */
1039                 if (err) {
1040                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1041                         cc->nr_migratepages = 0;
1042                         /*
1043                          * migrate_pages() may return -ENOMEM when scanners meet
1044                          * and we want compact_finished() to detect it
1045                          */
1046                         if (err == -ENOMEM && cc->free_pfn > cc->migrate_pfn) {
1047                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
1048                                 goto out;
1049                         }
1050                 }
1051         }
1052
1053 out:
1054         /* Release free pages and check accounting */
1055         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
1056         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
1057
1058         trace_mm_compaction_end(ret);
1059
1060         return ret;
1061 }
1062
1063 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
1064                                  int order, gfp_t gfp_mask,
1065                                  bool sync, bool *contended)
1066 {
1067         unsigned long ret;
1068         struct compact_control cc = {
1069                 .nr_freepages = 0,
1070                 .nr_migratepages = 0,
1071                 .order = order,
1072                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1073                 .zone = zone,
1074                 .sync = sync,
1075         };
1076         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1077         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1078
1079         ret = compact_zone(zone, &cc);
1080
1081         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1082         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1083
1084         *contended = cc.contended;
1085         return ret;
1086 }
1087
1088 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1089
1090 /**
1091  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1092  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1093  * @order: The order of the current allocation
1094  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1095  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1096  * @sync: Whether migration is synchronous or not
1097  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1098  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1099  *
1100  * This is the main entry point for direct page compaction.
1101  */
1102 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1103                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1104                         bool sync, bool *contended)
1105 {
1106         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1107         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1108         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1109         struct zoneref *z;
1110         struct zone *zone;
1111         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1112         int alloc_flags = 0;
1113
1114         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1115         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1116                 return rc;
1117
1118         count_compact_event(COMPACTSTALL);
1119
1120 #ifdef CONFIG_CMA
1121         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1122                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1123 #endif
1124         /* Compact each zone in the list */
1125         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1126                                                                 nodemask) {
1127                 int status;
1128
1129                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
1130                                                 contended);
1131                 rc = max(status, rc);
1132
1133                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1134                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1135                                       alloc_flags))
1136                         break;
1137         }
1138
1139         return rc;
1140 }
1141
1142
1143 /* Compact all zones within a node */
1144 static void __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1145 {
1146         int zoneid;
1147         struct zone *zone;
1148
1149         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1150
1151                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1152                 if (!populated_zone(zone))
1153                         continue;
1154
1155                 cc->nr_freepages = 0;
1156                 cc->nr_migratepages = 0;
1157                 cc->zone = zone;
1158                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1159                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1160
1161                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1162                         compact_zone(zone, cc);
1163
1164                 if (cc->order > 0) {
1165                         if (zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1166                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0))
1167                                 compaction_defer_reset(zone, cc->order, false);
1168                         /* Currently async compaction is never deferred. */
1169                         else if (cc->sync)
1170                                 defer_compaction(zone, cc->order);
1171                 }
1172
1173                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1174                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1175         }
1176 }
1177
1178 void compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1179 {
1180         struct compact_control cc = {
1181                 .order = order,
1182                 .sync = false,
1183         };
1184
1185         if (!order)
1186                 return;
1187
1188         __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1189 }
1190
1191 static void compact_node(int nid)
1192 {
1193         struct compact_control cc = {
1194                 .order = -1,
1195                 .sync = true,
1196                 .ignore_skip_hint = true,
1197         };
1198
1199         __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1200 }
1201
1202 /* Compact all nodes in the system */
1203 static void compact_nodes(void)
1204 {
1205         int nid;
1206
1207         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1208         lru_add_drain_all();
1209
1210         for_each_online_node(nid)
1211                 compact_node(nid);
1212 }
1213
1214 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1215 int sysctl_compact_memory;
1216
1217 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1218 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1219                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1220 {
1221         if (write)
1222                 compact_nodes();
1223
1224         return 0;
1225 }
1226
1227 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1228                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1229 {
1230         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1231
1232         return 0;
1233 }
1234
1235 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1236 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1237                         struct device_attribute *attr,
1238                         const char *buf, size_t count)
1239 {
1240         int nid = dev->id;
1241
1242         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1243                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1244                 lru_add_drain_all();
1245
1246                 compact_node(nid);
1247         }
1248
1249         return count;
1250 }
1251 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1252
1253 int compaction_register_node(struct node *node)
1254 {
1255         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1256 }
1257
1258 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1259 {
1260         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1261 }
1262 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1263
1264 #endif /* CONFIG_COMPACTION */