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