mm/compaction.c

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