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