mm/compaction.c

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