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->sync && pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn[1])
 165                         zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = pfn;
 166         } else {
 167                 if (cc->finished_update_free)
 168                         return;
 169                 if (pfn < zone->compact_cached_free_pfn)
 170                         zone->compact_cached_free_pfn = pfn;
 171         }
 172 }
 173 #else
 174 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
 175                                         struct page *page)
 176 {
 177         return true;
 178 }
 179
 180 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 181                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 182                         bool set_unsuitable, bool migrate_scanner)
 183 {
 184 }
 185 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
 186
 187 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
 188 {
 189         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
 190 }
 191
 192 /*
 193  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
 194  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
 195  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
 196  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
 197  *
 198  * Returns true if the lock is held.
 199  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
 200  */
 201 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
 202                                       bool locked, struct compact_control *cc)
 203 {
 204         if (should_release_lock(lock)) {
 205                 if (locked) {
 206                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
 207                         locked = false;
 208                 }
 209
 210                 /* async aborts if taking too long or contended */
 211                 if (!cc->sync) {
 212                         cc->contended = true;
 213                         return false;
 214                 }
 215
 216                 cond_resched();
 217         }
 218
 219         if (!locked)
 220                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
 221         return true;
 222 }
 223
 224 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
 225 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
 226 {
 227         /* If the page is a large free page, then disallow migration */
 228         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 229                 return false;
 230
 231         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 232         if (migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page)))
 233                 return true;
 234
 235         /* Otherwise skip the block */
 236         return false;
 237 }
 238
 239 /*
 240  * Isolate free pages onto a private freelist. If @strict is true, will abort
 241  * returning 0 on any invalid PFNs or non-free pages inside of the pageblock
 242  * (even though it may still end up isolating some pages).
 243  */
 244 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
 245                                 unsigned long blockpfn,
 246                                 unsigned long end_pfn,
 247                                 struct list_head *freelist,
 248                                 bool strict)
 249 {
 250         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
 251         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
 252         unsigned long flags;
 253         bool locked = false;
 254         bool checked_pageblock = false;
 255
 256         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
 257
 258         /* Isolate free pages. */
 259         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
 260                 int isolated, i;
 261                 struct page *page = cursor;
 262
 263                 nr_scanned++;
 264                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
 265                         goto isolate_fail;
 266
 267                 if (!valid_page)
 268                         valid_page = page;
 269                 if (!PageBuddy(page))
 270                         goto isolate_fail;
 271
 272                 /*
 273                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
 274                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
 275                  * heavily contended if there are parallel allocations
 276                  * or parallel compactions. For async compaction do not
 277                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
 278                  * possible.
 279                  */
 280                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
 281                                                                 locked, cc);
 282                 if (!locked)
 283                         break;
 284
 285                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
 286                 if (!strict && !checked_pageblock) {
 287                         /*
 288                          * We need to check suitability of pageblock only once
 289                          * and this isolate_freepages_block() is called with
 290                          * pageblock range, so just check once is sufficient.
 291                          */
 292                         checked_pageblock = true;
 293                         if (!suitable_migration_target(page))
 294                                 break;
 295                 }
 296
 297                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
 298                 if (!PageBuddy(page))
 299                         goto isolate_fail;
 300
 301                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
 302                 isolated = split_free_page(page);
 303                 total_isolated += isolated;
 304                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
 305                         list_add(&page->lru, freelist);
 306                         page++;
 307                 }
 308
 309                 /* If a page was split, advance to the end of it */
 310                 if (isolated) {
 311                         blockpfn += isolated - 1;
 312                         cursor += isolated - 1;
 313                         continue;
 314                 }
 315
 316 isolate_fail:
 317                 if (strict)
 318                         break;
 319                 else
 320                         continue;
 321
 322         }
 323
 324         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
 325
 326         /*
 327          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
 328          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
 329          * returned and CMA will fail.
 330          */
 331         if (strict && blockpfn < end_pfn)
 332                 total_isolated = 0;
 333
 334         if (locked)
 335                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 336
 337         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 338         if (blockpfn == end_pfn)
 339                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, total_isolated, true,
 340                                       false);
 341
 342         count_compact_events(COMPACTFREE_SCANNED, nr_scanned);
 343         if (total_isolated)
 344                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, total_isolated);
 345         return total_isolated;
 346 }
 347
 348 /**
 349  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
 350  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 351  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 352  *
 353  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
 354  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
 355  * undo its actions and return zero.
 356  *
 357  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
 358  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
 359  * a free page).
 360  */
 361 unsigned long
 362 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
 363                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 364 {
 365         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
 366         LIST_HEAD(freelist);
 367
 368         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
 369                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
 370                         break;
 371
 372                 /*
 373                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
 374                  * but we keep it that we not to complicate the code.
 375                  */
 376                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 377                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
 378
 379                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
 380                                                    &freelist, true);
 381
 382                 /*
 383                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
 384                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
 385                  * non-free pages).
 386                  */
 387                 if (!isolated)
 388                         break;
 389
 390                 /*
 391                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
 392                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
 393                  * page may span two pageblocks).
 394                  */
 395         }
 396
 397         /* split_free_page does not map the pages */
 398         map_pages(&freelist);
 399
 400         if (pfn < end_pfn) {
 401                 /* Loop terminated early, cleanup. */
 402                 release_freepages(&freelist);
 403                 return 0;
 404         }
 405
 406         /* We don't use freelists for anything. */
 407         return pfn;
 408 }
 409
 410 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 411 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
 412 {
 413         struct page *page;
 414         unsigned int count[2] = { 0, };
 415
 416         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 417                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
 418
 419         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
 420         if (locked) {
 421                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 422                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 423         } else {
 424                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 425                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 426         }
 427 }
 428
 429 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 430 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 431 {
 432         unsigned long active, inactive, isolated;
 433
 434         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 435                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 436         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
 437                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
 438         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 439                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 440
 441         return isolated > (inactive + active) / 2;
 442 }
 443
 444 /**
 445  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
 446  * @zone:       Zone pages are in.
 447  * @cc:         Compaction control structure.
 448  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
 449  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
 450  * @unevictable: true if it allows to isolate unevictable pages
 451  *
 452  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
 453  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
 454  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
 455  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
 456  *
 457  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
 458  * zero.
 459  *
 460  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
 461  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
 462  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
 463  */
 464 unsigned long
 465 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
 466                 unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn, bool unevictable)
 467 {
 468         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
 469         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
 470         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 471         struct lruvec *lruvec;
 472         unsigned long flags;
 473         bool locked = false;
 474         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
 475         bool set_unsuitable = true;
 476         const isolate_mode_t mode = (!cc->sync ? ISOLATE_ASYNC_MIGRATE : 0) |
 477                                     (unevictable ? ISOLATE_UNEVICTABLE : 0);
 478
 479         /*
 480          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 481          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 482          * delay for some time until fewer pages are isolated
 483          */
 484         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 485                 /* async migration should just abort */
 486                 if (!cc->sync)
 487                         return 0;
 488
 489                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 490
 491                 if (fatal_signal_pending(current))
 492                         return 0;
 493         }
 494
 495         /* Time to isolate some pages for migration */
 496         cond_resched();
 497         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 498                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
 499                 if (locked && !(low_pfn % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
 500                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
 501                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 502                                 locked = false;
 503                         }
 504                 }
 505
 506                 /*
 507                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
 508                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
 509                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
 510                  * memory holes within the zone
 511                  */
 512                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
 513                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
 514                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
 515                                 continue;
 516                         }
 517                 }
 518
 519                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 520                         continue;
 521                 nr_scanned++;
 522
 523                 /*
 524                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
 525                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
 526                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
 527                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
 528                  */
 529                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 530                 if (page_zone(page) != zone)
 531                         continue;
 532
 533                 if (!valid_page)
 534                         valid_page = page;
 535
 536                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 537                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
 538                 if (last_pageblock_nr != pageblock_nr) {
 539                         int mt;
 540
 541                         last_pageblock_nr = pageblock_nr;
 542                         if (!isolation_suitable(cc, page))
 543                                 goto next_pageblock;
 544
 545                         /*
 546                          * For async migration, also only scan in MOVABLE
 547                          * blocks. Async migration is optimistic to see if
 548                          * the minimum amount of work satisfies the allocation
 549                          */
 550                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
 551                         if (!cc->sync && !migrate_async_suitable(mt)) {
 552                                 set_unsuitable = false;
 553                                 goto next_pageblock;
 554                         }
 555                 }
 556
 557                 /*
 558                  * Skip if free. page_order cannot be used without zone->lock
 559                  * as nothing prevents parallel allocations or buddy merging.
 560                  */
 561                 if (PageBuddy(page))
 562                         continue;
 563
 564                 /*
 565                  * Check may be lockless but that's ok as we recheck later.
 566                  * It's possible to migrate LRU pages and balloon pages
 567                  * Skip any other type of page
 568                  */
 569                 if (!PageLRU(page)) {
 570                         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
 571                                 if (locked && balloon_page_isolate(page)) {
 572                                         /* Successfully isolated */
 573                                         goto isolate_success;
 574                                 }
 575                         }
 576                         continue;
 577                 }
 578
 579                 /*
 580                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
 581                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
 582                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
 583                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
 584                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
 585                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
 586                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
 587                  * page underneath us may return surprising results.
 588                  */
 589                 if (PageTransHuge(page)) {
 590                         if (!locked)
 591                                 goto next_pageblock;
 592                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 593                         continue;
 594                 }
 595
 596                 /*
 597                  * Migration will fail if an anonymous page is pinned in memory,
 598                  * so avoid taking lru_lock and isolating it unnecessarily in an
 599                  * admittedly racy check.
 600                  */
 601                 if (!page_mapping(page) &&
 602                     page_count(page) > page_mapcount(page))
 603                         continue;
 604
 605                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
 606                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
 607                                                                 locked, cc);
 608                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
 609                         break;
 610
 611                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
 612                 if (!PageLRU(page))
 613                         continue;
 614                 if (PageTransHuge(page)) {
 615                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 616                         continue;
 617                 }
 618
 619                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 620
 621                 /* Try isolate the page */
 622                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
 623                         continue;
 624
 625                 VM_BUG_ON_PAGE(PageTransCompound(page), page);
 626
 627                 /* Successfully isolated */
 628                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
 629
 630 isolate_success:
 631                 cc->finished_update_migrate = true;
 632                 list_add(&page->lru, migratelist);
 633                 cc->nr_migratepages++;
 634                 nr_isolated++;
 635
 636                 /* Avoid isolating too much */
 637                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
 638                         ++low_pfn;
 639                         break;
 640                 }
 641
 642                 continue;
 643
 644 next_pageblock:
 645                 low_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages) - 1;
 646         }
 647
 648         acct_isolated(zone, locked, cc);
 649
 650         if (locked)
 651                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 652
 653         /*
 654          * Update the pageblock-skip information and cached scanner pfn,
 655          * if the whole pageblock was scanned without isolating any page.
 656          */
 657         if (low_pfn == end_pfn)
 658                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated,
 659                                       set_unsuitable, true);
 660
 661         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 662
 663         count_compact_events(COMPACTMIGRATE_SCANNED, nr_scanned);
 664         if (nr_isolated)
 665                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, nr_isolated);
 666
 667         return low_pfn;
 668 }
 669
 670 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 671 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 672 /*
 673  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 674  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 675  */
 676 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 677                                 struct compact_control *cc)
 678 {
 679         struct page *page;
 680         unsigned long block_start_pfn;  /* start of current pageblock */
 681         unsigned long block_end_pfn;    /* end of current pageblock */
 682         unsigned long low_pfn;       /* lowest pfn scanner is able to scan */
 683         unsigned long next_free_pfn; /* start pfn for scaning at next round */
 684         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 685         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 686
 687         /*
 688          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 689          * successfully isolated from, zone-cached value, or the end of the
 690          * zone when isolating for the first time. We need this aligned to
 691          * the pageblock boundary, because we do
 692          * block_start_pfn -= pageblock_nr_pages in the for loop.
 693          * For ending point, take care when isolating in last pageblock of a
 694          * a zone which ends in the middle of a pageblock.
 695          * The low boundary is the end of the pageblock the migration scanner
 696          * is using.
 697          */
 698         block_start_pfn = cc->free_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
 699         block_end_pfn = min(block_start_pfn + pageblock_nr_pages,
 700                                                 zone_end_pfn(zone));
 701         low_pfn = ALIGN(cc->migrate_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 702
 703         /*
 704          * If no pages are isolated, the block_start_pfn < low_pfn check
 705          * will kick in.
 706          */
 707         next_free_pfn = 0;
 708
 709         /*
 710          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 711          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 712          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 713          */
 714         for (; block_start_pfn >= low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 715                                 block_end_pfn = block_start_pfn,
 716                                 block_start_pfn -= pageblock_nr_pages) {
 717                 unsigned long isolated;
 718
 719                 /*
 720                  * This can iterate a massively long zone without finding any
 721                  * suitable migration targets, so periodically check if we need
 722                  * to schedule.
 723                  */
 724                 cond_resched();
 725
 726                 if (!pfn_valid(block_start_pfn))
 727                         continue;
 728
 729                 /*
 730                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 731                  * configurations to have a setup like
 732                  * node0 node1 node0
 733                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 734                  * pages do not belong to a single zone.
 735                  */
 736                 page = pfn_to_page(block_start_pfn);
 737                 if (page_zone(page) != zone)
 738                         continue;
 739
 740                 /* Check the block is suitable for migration */
 741                 if (!suitable_migration_target(page))
 742                         continue;
 743
 744                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 745                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 746                         continue;
 747
 748                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
 749                 isolated = isolate_freepages_block(cc, block_start_pfn,
 750                                         block_end_pfn, freelist, false);
 751                 nr_freepages += isolated;
 752
 753                 /*
 754                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 755                  * looking for free pages, the search will restart here as
 756                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 757                  */
 758                 if (isolated && next_free_pfn == 0) {
 759                         cc->finished_update_free = true;
 760                         next_free_pfn = block_start_pfn;
 761                 }
 762         }
 763
 764         /* split_free_page does not map the pages */
 765         map_pages(freelist);
 766
 767         /*
 768          * If we crossed the migrate scanner, we want to keep it that way
 769          * so that compact_finished() may detect this
 770          */
 771         if (block_start_pfn < low_pfn)
 772                 next_free_pfn = cc->migrate_pfn;
 773
 774         cc->free_pfn = next_free_pfn;
 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 /*
 818  * We cannot control nr_migratepages fully when migration is running as
 819  * migrate_pages() has no knowledge of of compact_control.  When migration is
 820  * complete, we count the number of pages on the list by hand.
 821  */
 822 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 823 {
 824         int nr_migratepages = 0;
 825         struct page *page;
 826
 827         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 828                 nr_migratepages++;
 829
 830         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 831 }
 832
 833 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 834 typedef enum {
 835         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 836         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 837         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 838 } isolate_migrate_t;
 839
 840 /*
 841  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 842  * the migrate scanner within compact_control.
 843  */
 844 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 845                                         struct compact_control *cc)
 846 {
 847         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 848
 849         /* Do not scan outside zone boundaries */
 850         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 851
 852         /* Only scan within a pageblock boundary */
 853         end_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 854
 855         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 856         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 857                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 858                 return ISOLATE_NONE;
 859         }
 860
 861         /* Perform the isolation */
 862         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn, false);
 863         if (!low_pfn || cc->contended)
 864                 return ISOLATE_ABORT;
 865
 866         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 867
 868         return ISOLATE_SUCCESS;
 869 }
 870
 871 static int compact_finished(struct zone *zone,
 872                             struct compact_control *cc)
 873 {
 874         unsigned int order;
 875         unsigned long watermark;
 876
 877         if (fatal_signal_pending(current))
 878                 return COMPACT_PARTIAL;
 879
 880         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 881         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
 882                 /* Let the next compaction start anew. */
 883                 zone->compact_cached_migrate_pfn[0] = zone->zone_start_pfn;
 884                 zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = zone->zone_start_pfn;
 885                 zone->compact_cached_free_pfn = zone_end_pfn(zone);
 886
 887                 /*
 888                  * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
 889                  * by kswapd when it goes to sleep. kswapd does not set the
 890                  * flag itself as the decision to be clear should be directly
 891                  * based on an allocation request.
 892                  */
 893                 if (!current_is_kswapd())
 894                         zone->compact_blockskip_flush = true;
 895
 896                 return COMPACT_COMPLETE;
 897         }
 898
 899         /*
 900          * order == -1 is expected when compacting via
 901          * /proc/sys/vm/compact_memory
 902          */
 903         if (cc->order == -1)
 904                 return COMPACT_CONTINUE;
 905
 906         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 907         watermark = low_wmark_pages(zone);
 908         watermark += (1 << cc->order);
 909
 910         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 911                 return COMPACT_CONTINUE;
 912
 913         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 914         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 915                 struct free_area *area = &zone->free_area[order];
 916
 917                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
 918                 if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
 919                         return COMPACT_PARTIAL;
 920
 921                 /* Job done if allocation would set block type */
 922                 if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
 923                         return COMPACT_PARTIAL;
 924         }
 925
 926         return COMPACT_CONTINUE;
 927 }
 928
 929 /*
 930  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 931  * Returns
 932  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 933  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 934  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 935  */
 936 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 937 {
 938         int fragindex;
 939         unsigned long watermark;
 940
 941         /*
 942          * order == -1 is expected when compacting via
 943          * /proc/sys/vm/compact_memory
 944          */
 945         if (order == -1)
 946                 return COMPACT_CONTINUE;
 947
 948         /*
 949          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 950          * This is because during migration, copies of pages need to be
 951          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 952          */
 953         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 954         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 955                 return COMPACT_SKIPPED;
 956
 957         /*
 958          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 959          * low memory or external fragmentation
 960          *
 961          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 962          * watermarks
 963          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 964          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 965          *
 966          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 967          */
 968         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 969         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 970                 return COMPACT_SKIPPED;
 971
 972         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 973             0, 0))
 974                 return COMPACT_PARTIAL;
 975
 976         return COMPACT_CONTINUE;
 977 }
 978
 979 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 980 {
 981         int ret;
 982         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
 983         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
 984
 985         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
 986         switch (ret) {
 987         case COMPACT_PARTIAL:
 988         case COMPACT_SKIPPED:
 989                 /* Compaction is likely to fail */
 990                 return ret;
 991         case COMPACT_CONTINUE:
 992                 /* Fall through to compaction */
 993                 ;
 994         }
 995
 996         /*
 997          * Clear pageblock skip if there were failures recently and compaction
 998          * is about to be retried after being deferred. kswapd does not do
 999          * this reset as it'll reset the cached information when going to sleep.
1000          */
1001         if (compaction_restarting(zone, cc->order) && !current_is_kswapd())
1002                 __reset_isolation_suitable(zone);
1003
1004         /*
1005          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
1006          * information on where the scanners should start but check that it
1007          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
1008          */
1009         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn[cc->sync];
1010         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
1011         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
1012                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1013                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
1014         }
1015         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
1016                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
1017                 zone->compact_cached_migrate_pfn[0] = cc->migrate_pfn;
1018                 zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = cc->migrate_pfn;
1019         }
1020
1021         trace_mm_compaction_begin(start_pfn, cc->migrate_pfn, cc->free_pfn, end_pfn);
1022
1023         migrate_prep_local();
1024
1025         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
1026                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
1027                 int err;
1028
1029                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
1030                 case ISOLATE_ABORT:
1031                         ret = COMPACT_PARTIAL;
1032                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1033                         cc->nr_migratepages = 0;
1034                         goto out;
1035                 case ISOLATE_NONE:
1036                         continue;
1037                 case ISOLATE_SUCCESS:
1038                         ;
1039                 }
1040
1041                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
1042                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
1043                                 compaction_free, (unsigned long)cc,
1044                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC,
1045                                 MR_COMPACTION);
1046                 update_nr_listpages(cc);
1047                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
1048
1049                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
1050                                                 nr_remaining);
1051
1052                 /* Release isolated pages not migrated */
1053                 if (err) {
1054                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1055                         cc->nr_migratepages = 0;
1056                         /*
1057                          * migrate_pages() may return -ENOMEM when scanners meet
1058                          * and we want compact_finished() to detect it
1059                          */
1060                         if (err == -ENOMEM && cc->free_pfn > cc->migrate_pfn) {
1061                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
1062                                 goto out;
1063                         }
1064                 }
1065         }
1066
1067 out:
1068         /* Release free pages and check accounting */
1069         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
1070         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
1071
1072         trace_mm_compaction_end(ret);
1073
1074         return ret;
1075 }
1076
1077 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
1078                                  int order, gfp_t gfp_mask,
1079                                  bool sync, bool *contended)
1080 {
1081         unsigned long ret;
1082         struct compact_control cc = {
1083                 .nr_freepages = 0,
1084                 .nr_migratepages = 0,
1085                 .order = order,
1086                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1087                 .zone = zone,
1088                 .sync = sync,
1089         };
1090         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1091         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1092
1093         ret = compact_zone(zone, &cc);
1094
1095         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1096         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1097
1098         *contended = cc.contended;
1099         return ret;
1100 }
1101
1102 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1103
1104 /**
1105  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1106  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1107  * @order: The order of the current allocation
1108  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1109  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1110  * @sync: Whether migration is synchronous or not
1111  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1112  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1113  *
1114  * This is the main entry point for direct page compaction.
1115  */
1116 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1117                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1118                         bool sync, bool *contended)
1119 {
1120         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1121         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1122         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1123         struct zoneref *z;
1124         struct zone *zone;
1125         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1126         int alloc_flags = 0;
1127
1128         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1129         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1130                 return rc;
1131
1132         count_compact_event(COMPACTSTALL);
1133
1134 #ifdef CONFIG_CMA
1135         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1136                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1137 #endif
1138         /* Compact each zone in the list */
1139         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1140                                                                 nodemask) {
1141                 int status;
1142
1143                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
1144                                                 contended);
1145                 rc = max(status, rc);
1146
1147                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1148                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1149                                       alloc_flags))
1150                         break;
1151         }
1152
1153         return rc;
1154 }
1155
1156
1157 /* Compact all zones within a node */
1158 static void __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1159 {
1160         int zoneid;
1161         struct zone *zone;
1162
1163         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1164
1165                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1166                 if (!populated_zone(zone))
1167                         continue;
1168
1169                 cc->nr_freepages = 0;
1170                 cc->nr_migratepages = 0;
1171                 cc->zone = zone;
1172                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1173                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1174
1175                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1176                         compact_zone(zone, cc);
1177
1178                 if (cc->order > 0) {
1179                         if (zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1180                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0))
1181                                 compaction_defer_reset(zone, cc->order, false);
1182                 }
1183
1184                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1185                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1186         }
1187 }
1188
1189 void compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1190 {
1191         struct compact_control cc = {
1192                 .order = order,
1193                 .sync = false,
1194         };
1195
1196         if (!order)
1197                 return;
1198
1199         __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1200 }
1201
1202 static void compact_node(int nid)
1203 {
1204         struct compact_control cc = {
1205                 .order = -1,
1206                 .sync = true,
1207                 .ignore_skip_hint = true,
1208         };
1209
1210         __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1211 }
1212
1213 /* Compact all nodes in the system */
1214 static void compact_nodes(void)
1215 {
1216         int nid;
1217
1218         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1219         lru_add_drain_all();
1220
1221         for_each_online_node(nid)
1222                 compact_node(nid);
1223 }
1224
1225 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1226 int sysctl_compact_memory;
1227
1228 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1229 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1230                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1231 {
1232         if (write)
1233                 compact_nodes();
1234
1235         return 0;
1236 }
1237
1238 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1239                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1240 {
1241         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1242
1243         return 0;
1244 }
1245
1246 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1247 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1248                         struct device_attribute *attr,
1249                         const char *buf, size_t count)
1250 {
1251         int nid = dev->id;
1252
1253         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1254                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1255                 lru_add_drain_all();
1256
1257                 compact_node(nid);
1258         }
1259
1260         return count;
1261 }
1262 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1263
1264 int compaction_register_node(struct node *node)
1265 {
1266         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1267 }
1268
1269 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1270 {
1271         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1272 }
1273 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1274
1275 #endif /* CONFIG_COMPACTION */