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         /* If the page is a large free page, then disallow migration */
 221         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 222                 return false;
 223
 224         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 225         if (migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page)))
 226                 return true;
 227
 228         /* Otherwise skip the block */
 229         return false;
 230 }
 231
 232 /*
 233  * Isolate free pages onto a private freelist. If @strict is true, will abort
 234  * returning 0 on any invalid PFNs or non-free pages inside of the pageblock
 235  * (even though it may still end up isolating some pages).
 236  */
 237 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
 238                                 unsigned long blockpfn,
 239                                 unsigned long end_pfn,
 240                                 struct list_head *freelist,
 241                                 bool strict)
 242 {
 243         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
 244         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
 245         unsigned long flags;
 246         bool locked = false;
 247         bool checked_pageblock = false;
 248
 249         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
 250
 251         /* Isolate free pages. */
 252         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
 253                 int isolated, i;
 254                 struct page *page = cursor;
 255
 256                 nr_scanned++;
 257                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
 258                         goto isolate_fail;
 259
 260                 if (!valid_page)
 261                         valid_page = page;
 262                 if (!PageBuddy(page))
 263                         goto isolate_fail;
 264
 265                 /*
 266                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
 267                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
 268                  * heavily contended if there are parallel allocations
 269                  * or parallel compactions. For async compaction do not
 270                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
 271                  * possible.
 272                  */
 273                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
 274                                                                 locked, cc);
 275                 if (!locked)
 276                         break;
 277
 278                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
 279                 if (!strict && !checked_pageblock) {
 280                         /*
 281                          * We need to check suitability of pageblock only once
 282                          * and this isolate_freepages_block() is called with
 283                          * pageblock range, so just check once is sufficient.
 284                          */
 285                         checked_pageblock = true;
 286                         if (!suitable_migration_target(page))
 287                                 break;
 288                 }
 289
 290                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
 291                 if (!PageBuddy(page))
 292                         goto isolate_fail;
 293
 294                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
 295                 isolated = split_free_page(page);
 296                 total_isolated += isolated;
 297                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
 298                         list_add(&page->lru, freelist);
 299                         page++;
 300                 }
 301
 302                 /* If a page was split, advance to the end of it */
 303                 if (isolated) {
 304                         blockpfn += isolated - 1;
 305                         cursor += isolated - 1;
 306                         continue;
 307                 }
 308
 309 isolate_fail:
 310                 if (strict)
 311                         break;
 312                 else
 313                         continue;
 314
 315         }
 316
 317         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
 318
 319         /*
 320          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
 321          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
 322          * returned and CMA will fail.
 323          */
 324         if (strict && blockpfn < end_pfn)
 325                 total_isolated = 0;
 326
 327         if (locked)
 328                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 329
 330         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 331         if (blockpfn == end_pfn)
 332                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, total_isolated, false);
 333
 334         count_compact_events(COMPACTFREE_SCANNED, nr_scanned);
 335         if (total_isolated)
 336                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, total_isolated);
 337         return total_isolated;
 338 }
 339
 340 /**
 341  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
 342  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 343  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 344  *
 345  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
 346  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
 347  * undo its actions and return zero.
 348  *
 349  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
 350  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
 351  * a free page).
 352  */
 353 unsigned long
 354 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
 355                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 356 {
 357         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
 358         LIST_HEAD(freelist);
 359
 360         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
 361                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
 362                         break;
 363
 364                 /*
 365                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
 366                  * but we keep it that we not to complicate the code.
 367                  */
 368                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 369                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
 370
 371                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
 372                                                    &freelist, true);
 373
 374                 /*
 375                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
 376                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
 377                  * non-free pages).
 378                  */
 379                 if (!isolated)
 380                         break;
 381
 382                 /*
 383                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
 384                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
 385                  * page may span two pageblocks).
 386                  */
 387         }
 388
 389         /* split_free_page does not map the pages */
 390         map_pages(&freelist);
 391
 392         if (pfn < end_pfn) {
 393                 /* Loop terminated early, cleanup. */
 394                 release_freepages(&freelist);
 395                 return 0;
 396         }
 397
 398         /* We don't use freelists for anything. */
 399         return pfn;
 400 }
 401
 402 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 403 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
 404 {
 405         struct page *page;
 406         unsigned int count[2] = { 0, };
 407
 408         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 409                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
 410
 411         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
 412         if (locked) {
 413                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 414                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 415         } else {
 416                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 417                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 418         }
 419 }
 420
 421 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 422 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 423 {
 424         unsigned long active, inactive, isolated;
 425
 426         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 427                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 428         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
 429                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
 430         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 431                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 432
 433         return isolated > (inactive + active) / 2;
 434 }
 435
 436 /**
 437  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
 438  * @zone:       Zone pages are in.
 439  * @cc:         Compaction control structure.
 440  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
 441  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
 442  * @unevictable: true if it allows to isolate unevictable pages
 443  *
 444  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
 445  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
 446  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
 447  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
 448  *
 449  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
 450  * zero.
 451  *
 452  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
 453  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
 454  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
 455  */
 456 unsigned long
 457 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
 458                 unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn, bool unevictable)
 459 {
 460         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
 461         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
 462         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 463         isolate_mode_t mode = 0;
 464         struct lruvec *lruvec;
 465         unsigned long flags;
 466         bool locked = false;
 467         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
 468         bool skipped_async_unsuitable = false;
 469
 470         /*
 471          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 472          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 473          * delay for some time until fewer pages are isolated
 474          */
 475         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 476                 /* async migration should just abort */
 477                 if (!cc->sync)
 478                         return 0;
 479
 480                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 481
 482                 if (fatal_signal_pending(current))
 483                         return 0;
 484         }
 485
 486         /* Time to isolate some pages for migration */
 487         cond_resched();
 488         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 489                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
 490                 if (locked && !(low_pfn % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
 491                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
 492                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 493                                 locked = false;
 494                         }
 495                 }
 496
 497                 /*
 498                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
 499                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
 500                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
 501                  * memory holes within the zone
 502                  */
 503                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
 504                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
 505                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
 506                                 continue;
 507                         }
 508                 }
 509
 510                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 511                         continue;
 512                 nr_scanned++;
 513
 514                 /*
 515                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
 516                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
 517                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
 518                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
 519                  */
 520                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 521                 if (page_zone(page) != zone)
 522                         continue;
 523
 524                 if (!valid_page)
 525                         valid_page = page;
 526
 527                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 528                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
 529                 if (last_pageblock_nr != pageblock_nr) {
 530                         int mt;
 531
 532                         last_pageblock_nr = pageblock_nr;
 533                         if (!isolation_suitable(cc, page))
 534                                 goto next_pageblock;
 535
 536                         /*
 537                          * For async migration, also only scan in MOVABLE
 538                          * blocks. Async migration is optimistic to see if
 539                          * the minimum amount of work satisfies the allocation
 540                          */
 541                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
 542                         if (!cc->sync && !migrate_async_suitable(mt)) {
 543                                 cc->finished_update_migrate = true;
 544                                 skipped_async_unsuitable = true;
 545                                 goto next_pageblock;
 546                         }
 547                 }
 548
 549                 /*
 550                  * Skip if free. page_order cannot be used without zone->lock
 551                  * as nothing prevents parallel allocations or buddy merging.
 552                  */
 553                 if (PageBuddy(page))
 554                         continue;
 555
 556                 /*
 557                  * Check may be lockless but that's ok as we recheck later.
 558                  * It's possible to migrate LRU pages and balloon pages
 559                  * Skip any other type of page
 560                  */
 561                 if (!PageLRU(page)) {
 562                         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
 563                                 if (locked && balloon_page_isolate(page)) {
 564                                         /* Successfully isolated */
 565                                         goto isolate_success;
 566                                 }
 567                         }
 568                         continue;
 569                 }
 570
 571                 /*
 572                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
 573                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
 574                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
 575                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
 576                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
 577                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
 578                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
 579                  * page underneath us may return surprising results.
 580                  */
 581                 if (PageTransHuge(page)) {
 582                         if (!locked)
 583                                 goto next_pageblock;
 584                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 585                         continue;
 586                 }
 587
 588                 /*
 589                  * Migration will fail if an anonymous page is pinned in memory,
 590                  * so avoid taking lru_lock and isolating it unnecessarily in an
 591                  * admittedly racy check.
 592                  */
 593                 if (!page_mapping(page) &&
 594                     page_count(page) > page_mapcount(page))
 595                         continue;
 596
 597                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
 598                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
 599                                                                 locked, cc);
 600                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
 601                         break;
 602
 603                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
 604                 if (!PageLRU(page))
 605                         continue;
 606                 if (PageTransHuge(page)) {
 607                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 608                         continue;
 609                 }
 610
 611                 if (!cc->sync)
 612                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
 613
 614                 if (unevictable)
 615                         mode |= ISOLATE_UNEVICTABLE;
 616
 617                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 618
 619                 /* Try isolate the page */
 620                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
 621                         continue;
 622
 623                 VM_BUG_ON_PAGE(PageTransCompound(page), page);
 624
 625                 /* Successfully isolated */
 626                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
 627
 628 isolate_success:
 629                 cc->finished_update_migrate = true;
 630                 list_add(&page->lru, migratelist);
 631                 cc->nr_migratepages++;
 632                 nr_isolated++;
 633
 634                 /* Avoid isolating too much */
 635                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
 636                         ++low_pfn;
 637                         break;
 638                 }
 639
 640                 continue;
 641
 642 next_pageblock:
 643                 low_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages) - 1;
 644         }
 645
 646         acct_isolated(zone, locked, cc);
 647
 648         if (locked)
 649                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 650
 651         /*
 652          * Update the pageblock-skip information and cached scanner pfn,
 653          * if the whole pageblock was scanned without isolating any page.
 654          * This is not done when pageblock was skipped due to being unsuitable
 655          * for async compaction, so that eventual sync compaction can try.
 656          */
 657         if (low_pfn == end_pfn && !skipped_async_unsuitable)
 658                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated, true);
 659
 660         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 661
 662         count_compact_events(COMPACTMIGRATE_SCANNED, nr_scanned);
 663         if (nr_isolated)
 664                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, nr_isolated);
 665
 666         return low_pfn;
 667 }
 668
 669 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 670 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 671 /*
 672  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 673  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 674  */
 675 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 676                                 struct compact_control *cc)
 677 {
 678         struct page *page;
 679         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, z_end_pfn, end_pfn;
 680         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 681         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 682
 683         /*
 684          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 685          * scanned from (or the end of the zone if starting). The low point
 686          * is the end of the pageblock the migration scanner is using.
 687          */
 688         pfn = cc->free_pfn;
 689         low_pfn = ALIGN(cc->migrate_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 690
 691         /*
 692          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
 693          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
 694          * in the next isolation cycle.
 695          */
 696         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
 697
 698         z_end_pfn = zone_end_pfn(zone);
 699
 700         /*
 701          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 702          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 703          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 704          */
 705         for (; pfn >= low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 706                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
 707                 unsigned long isolated;
 708
 709                 /*
 710                  * This can iterate a massively long zone without finding any
 711                  * suitable migration targets, so periodically check if we need
 712                  * to schedule.
 713                  */
 714                 cond_resched();
 715
 716                 if (!pfn_valid(pfn))
 717                         continue;
 718
 719                 /*
 720                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 721                  * configurations to have a setup like
 722                  * node0 node1 node0
 723                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 724                  * pages do not belong to a single zone.
 725                  */
 726                 page = pfn_to_page(pfn);
 727                 if (page_zone(page) != zone)
 728                         continue;
 729
 730                 /* Check the block is suitable for migration */
 731                 if (!suitable_migration_target(page))
 732                         continue;
 733
 734                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 735                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 736                         continue;
 737
 738                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
 739                 isolated = 0;
 740
 741                 /*
 742                  * As pfn may not start aligned, pfn+pageblock_nr_page
 743                  * may cross a MAX_ORDER_NR_PAGES boundary and miss
 744                  * a pfn_valid check. Ensure isolate_freepages_block()
 745                  * only scans within a pageblock
 746                  */
 747                 end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 748                 end_pfn = min(end_pfn, z_end_pfn);
 749                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, end_pfn,
 750                                                    freelist, false);
 751                 nr_freepages += isolated;
 752
 753                 /*
 754                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 755                  * looking for free pages, the search will restart here as
 756                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 757                  */
 758                 if (isolated) {
 759                         cc->finished_update_free = true;
 760                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
 761                 }
 762         }
 763
 764         /* split_free_page does not map the pages */
 765         map_pages(freelist);
 766
 767         /*
 768          * If we crossed the migrate scanner, we want to keep it that way
 769          * so that compact_finished() may detect this
 770          */
 771         if (pfn < low_pfn)
 772                 cc->free_pfn = max(pfn, zone->zone_start_pfn);
 773         else
 774                 cc->free_pfn = high_pfn;
 775         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 776 }
 777
 778 /*
 779  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 780  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 781  */
 782 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 783                                         unsigned long data,
 784                                         int **result)
 785 {
 786         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 787         struct page *freepage;
 788
 789         /* Isolate free pages if necessary */
 790         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 791                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 792
 793                 if (list_empty(&cc->freepages))
 794                         return NULL;
 795         }
 796
 797         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 798         list_del(&freepage->lru);
 799         cc->nr_freepages--;
 800
 801         return freepage;
 802 }
 803
 804 /*
 805  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
 806  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
 807  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
 808  */
 809 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 810 {
 811         int nr_migratepages = 0;
 812         int nr_freepages = 0;
 813         struct page *page;
 814
 815         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 816                 nr_migratepages++;
 817         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
 818                 nr_freepages++;
 819
 820         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 821         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 822 }
 823
 824 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 825 typedef enum {
 826         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 827         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 828         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 829 } isolate_migrate_t;
 830
 831 /*
 832  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 833  * the migrate scanner within compact_control.
 834  */
 835 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 836                                         struct compact_control *cc)
 837 {
 838         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 839
 840         /* Do not scan outside zone boundaries */
 841         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 842
 843         /* Only scan within a pageblock boundary */
 844         end_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 845
 846         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 847         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 848                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 849                 return ISOLATE_NONE;
 850         }
 851
 852         /* Perform the isolation */
 853         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn, false);
 854         if (!low_pfn || cc->contended)
 855                 return ISOLATE_ABORT;
 856
 857         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 858
 859         return ISOLATE_SUCCESS;
 860 }
 861
 862 static int compact_finished(struct zone *zone,
 863                             struct compact_control *cc)
 864 {
 865         unsigned int order;
 866         unsigned long watermark;
 867
 868         if (fatal_signal_pending(current))
 869                 return COMPACT_PARTIAL;
 870
 871         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 872         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
 873                 /* Let the next compaction start anew. */
 874                 zone->compact_cached_migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
 875                 zone->compact_cached_free_pfn = zone_end_pfn(zone);
 876
 877                 /*
 878                  * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
 879                  * by kswapd when it goes to sleep. kswapd does not set the
 880                  * flag itself as the decision to be clear should be directly
 881                  * based on an allocation request.
 882                  */
 883                 if (!current_is_kswapd())
 884                         zone->compact_blockskip_flush = true;
 885
 886                 return COMPACT_COMPLETE;
 887         }
 888
 889         /*
 890          * order == -1 is expected when compacting via
 891          * /proc/sys/vm/compact_memory
 892          */
 893         if (cc->order == -1)
 894                 return COMPACT_CONTINUE;
 895
 896         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 897         watermark = low_wmark_pages(zone);
 898         watermark += (1 << cc->order);
 899
 900         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 901                 return COMPACT_CONTINUE;
 902
 903         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 904         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 905                 struct free_area *area = &zone->free_area[order];
 906
 907                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
 908                 if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
 909                         return COMPACT_PARTIAL;
 910
 911                 /* Job done if allocation would set block type */
 912                 if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
 913                         return COMPACT_PARTIAL;
 914         }
 915
 916         return COMPACT_CONTINUE;
 917 }
 918
 919 /*
 920  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 921  * Returns
 922  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 923  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 924  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 925  */
 926 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 927 {
 928         int fragindex;
 929         unsigned long watermark;
 930
 931         /*
 932          * order == -1 is expected when compacting via
 933          * /proc/sys/vm/compact_memory
 934          */
 935         if (order == -1)
 936                 return COMPACT_CONTINUE;
 937
 938         /*
 939          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 940          * This is because during migration, copies of pages need to be
 941          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 942          */
 943         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 944         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 945                 return COMPACT_SKIPPED;
 946
 947         /*
 948          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 949          * low memory or external fragmentation
 950          *
 951          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 952          * watermarks
 953          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 954          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 955          *
 956          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 957          */
 958         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 959         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 960                 return COMPACT_SKIPPED;
 961
 962         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 963             0, 0))
 964                 return COMPACT_PARTIAL;
 965
 966         return COMPACT_CONTINUE;
 967 }
 968
 969 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 970 {
 971         int ret;
 972         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
 973         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
 974
 975         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
 976         switch (ret) {
 977         case COMPACT_PARTIAL:
 978         case COMPACT_SKIPPED:
 979                 /* Compaction is likely to fail */
 980                 return ret;
 981         case COMPACT_CONTINUE:
 982                 /* Fall through to compaction */
 983                 ;
 984         }
 985
 986         /*
 987          * Clear pageblock skip if there were failures recently and compaction
 988          * is about to be retried after being deferred. kswapd does not do
 989          * this reset as it'll reset the cached information when going to sleep.
 990          */
 991         if (compaction_restarting(zone, cc->order) && !current_is_kswapd())
 992                 __reset_isolation_suitable(zone);
 993
 994         /*
 995          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
 996          * information on where the scanners should start but check that it
 997          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
 998          */
 999         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn;
1000         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
1001         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
1002                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1003                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
1004         }
1005         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
1006                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
1007                 zone->compact_cached_migrate_pfn = cc->migrate_pfn;
1008         }
1009
1010         trace_mm_compaction_begin(start_pfn, cc->migrate_pfn, cc->free_pfn, end_pfn);
1011
1012         migrate_prep_local();
1013
1014         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
1015                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
1016                 int err;
1017
1018                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
1019                 case ISOLATE_ABORT:
1020                         ret = COMPACT_PARTIAL;
1021                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1022                         cc->nr_migratepages = 0;
1023                         goto out;
1024                 case ISOLATE_NONE:
1025                         continue;
1026                 case ISOLATE_SUCCESS:
1027                         ;
1028                 }
1029
1030                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
1031                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
1032                                 (unsigned long)cc,
1033                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC,
1034                                 MR_COMPACTION);
1035                 update_nr_listpages(cc);
1036                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
1037
1038                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
1039                                                 nr_remaining);
1040
1041                 /* Release isolated pages not migrated */
1042                 if (err) {
1043                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1044                         cc->nr_migratepages = 0;
1045                         /*
1046                          * migrate_pages() may return -ENOMEM when scanners meet
1047                          * and we want compact_finished() to detect it
1048                          */
1049                         if (err == -ENOMEM && cc->free_pfn > cc->migrate_pfn) {
1050                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
1051                                 goto out;
1052                         }
1053                 }
1054         }
1055
1056 out:
1057         /* Release free pages and check accounting */
1058         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
1059         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
1060
1061         trace_mm_compaction_end(ret);
1062
1063         return ret;
1064 }
1065
1066 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
1067                                  int order, gfp_t gfp_mask,
1068                                  bool sync, bool *contended)
1069 {
1070         unsigned long ret;
1071         struct compact_control cc = {
1072                 .nr_freepages = 0,
1073                 .nr_migratepages = 0,
1074                 .order = order,
1075                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1076                 .zone = zone,
1077                 .sync = sync,
1078         };
1079         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1080         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1081
1082         ret = compact_zone(zone, &cc);
1083
1084         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1085         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1086
1087         *contended = cc.contended;
1088         return ret;
1089 }
1090
1091 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1092
1093 /**
1094  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1095  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1096  * @order: The order of the current allocation
1097  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1098  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1099  * @sync: Whether migration is synchronous or not
1100  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1101  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1102  *
1103  * This is the main entry point for direct page compaction.
1104  */
1105 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1106                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1107                         bool sync, bool *contended)
1108 {
1109         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1110         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1111         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1112         struct zoneref *z;
1113         struct zone *zone;
1114         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1115         int alloc_flags = 0;
1116
1117         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1118         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1119                 return rc;
1120
1121         count_compact_event(COMPACTSTALL);
1122
1123 #ifdef CONFIG_CMA
1124         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1125                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1126 #endif
1127         /* Compact each zone in the list */
1128         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1129                                                                 nodemask) {
1130                 int status;
1131
1132                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
1133                                                 contended);
1134                 rc = max(status, rc);
1135
1136                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1137                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1138                                       alloc_flags))
1139                         break;
1140         }
1141
1142         return rc;
1143 }
1144
1145
1146 /* Compact all zones within a node */
1147 static void __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1148 {
1149         int zoneid;
1150         struct zone *zone;
1151
1152         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1153
1154                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1155                 if (!populated_zone(zone))
1156                         continue;
1157
1158                 cc->nr_freepages = 0;
1159                 cc->nr_migratepages = 0;
1160                 cc->zone = zone;
1161                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1162                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1163
1164                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1165                         compact_zone(zone, cc);
1166
1167                 if (cc->order > 0) {
1168                         if (zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1169                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0))
1170                                 compaction_defer_reset(zone, cc->order, false);
1171                         /* Currently async compaction is never deferred. */
1172                         else if (cc->sync)
1173                                 defer_compaction(zone, cc->order);
1174                 }
1175
1176                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1177                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1178         }
1179 }
1180
1181 void compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1182 {
1183         struct compact_control cc = {
1184                 .order = order,
1185                 .sync = false,
1186         };
1187
1188         if (!order)
1189                 return;
1190
1191         __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1192 }
1193
1194 static void compact_node(int nid)
1195 {
1196         struct compact_control cc = {
1197                 .order = -1,
1198                 .sync = true,
1199                 .ignore_skip_hint = true,
1200         };
1201
1202         __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1203 }
1204
1205 /* Compact all nodes in the system */
1206 static void compact_nodes(void)
1207 {
1208         int nid;
1209
1210         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1211         lru_add_drain_all();
1212
1213         for_each_online_node(nid)
1214                 compact_node(nid);
1215 }
1216
1217 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1218 int sysctl_compact_memory;
1219
1220 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1221 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1222                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1223 {
1224         if (write)
1225                 compact_nodes();
1226
1227         return 0;
1228 }
1229
1230 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1231                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1232 {
1233         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1234
1235         return 0;
1236 }
1237
1238 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1239 static ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1240                         struct device_attribute *attr,
1241                         const char *buf, size_t count)
1242 {
1243         int nid = dev->id;
1244
1245         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1246                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1247                 lru_add_drain_all();
1248
1249                 compact_node(nid);
1250         }
1251
1252         return count;
1253 }
1254 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1255
1256 int compaction_register_node(struct node *node)
1257 {
1258         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1259 }
1260
1261 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1262 {
1263         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1264 }
1265 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1266
1267 #endif /* CONFIG_COMPACTION */