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