mm/compaction.c

   1 /*
   2  * linux/mm/compaction.c
   3  *
   4  * Memory compaction for the reduction of external fragmentation. Note that
   5  * this heavily depends upon page migration to do all the real heavy
   6  * lifting
   7  *
   8  * Copyright IBM Corp. 2007-2010 Mel Gorman <mel@csn.ul.ie>
   9  */
  10 #include <linux/swap.h>
  11 #include <linux/migrate.h>
  12 #include <linux/compaction.h>
  13 #include <linux/mm_inline.h>
  14 #include <linux/backing-dev.h>
  15 #include <linux/sysctl.h>
  16 #include <linux/sysfs.h>
  17 #include <linux/balloon_compaction.h>
  18 #include <linux/page-isolation.h>
  19 #include "internal.h"
  20
  21 #ifdef CONFIG_COMPACTION
  22 static inline void count_compact_event(enum vm_event_item item)
  23 {
  24         count_vm_event(item);
  25 }
  26
  27 static inline void count_compact_events(enum vm_event_item item, long delta)
  28 {
  29         count_vm_events(item, delta);
  30 }
  31 #else
  32 #define count_compact_event(item) do { } while (0)
  33 #define count_compact_events(item, delta) do { } while (0)
  34 #endif
  35
  36 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
  37
  38 #define CREATE_TRACE_POINTS
  39 #include <trace/events/compaction.h>
  40
  41 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
  42 {
  43         struct page *page, *next;
  44         unsigned long count = 0;
  45
  46         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
  47                 list_del(&page->lru);
  48                 __free_page(page);
  49                 count++;
  50         }
  51
  52         return count;
  53 }
  54
  55 static void map_pages(struct list_head *list)
  56 {
  57         struct page *page;
  58
  59         list_for_each_entry(page, list, lru) {
  60                 arch_alloc_page(page, 0);
  61                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
  62         }
  63 }
  64
  65 static inline bool migrate_async_suitable(int migratetype)
  66 {
  67         return is_migrate_cma(migratetype) || migratetype == MIGRATE_MOVABLE;
  68 }
  69
  70 #ifdef CONFIG_COMPACTION
  71 /* Returns true if the pageblock should be scanned for pages to isolate. */
  72 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
  73                                         struct page *page)
  74 {
  75         if (cc->ignore_skip_hint)
  76                 return true;
  77
  78         return !get_pageblock_skip(page);
  79 }
  80
  81 /*
  82  * This function is called to clear all cached information on pageblocks that
  83  * should be skipped for page isolation when the migrate and free page scanner
  84  * meet.
  85  */
  86 static void __reset_isolation_suitable(struct zone *zone)
  87 {
  88         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
  89         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
  90         unsigned long pfn;
  91
  92         zone->compact_cached_migrate_pfn = start_pfn;
  93         zone->compact_cached_free_pfn = end_pfn;
  94         zone->compact_blockskip_flush = false;
  95
  96         /* Walk the zone and mark every pageblock as suitable for isolation */
  97         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
  98                 struct page *page;
  99
 100                 cond_resched();
 101
 102                 if (!pfn_valid(pfn))
 103                         continue;
 104
 105                 page = pfn_to_page(pfn);
 106                 if (zone != page_zone(page))
 107                         continue;
 108
 109                 clear_pageblock_skip(page);
 110         }
 111 }
 112
 113 void reset_isolation_suitable(pg_data_t *pgdat)
 114 {
 115         int zoneid;
 116
 117         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
 118                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
 119                 if (!populated_zone(zone))
 120                         continue;
 121
 122                 /* Only flush if a full compaction finished recently */
 123                 if (zone->compact_blockskip_flush)
 124                         __reset_isolation_suitable(zone);
 125         }
 126 }
 127
 128 /*
 129  * If no pages were isolated then mark this pageblock to be skipped in the
 130  * future. The information is later cleared by __reset_isolation_suitable().
 131  */
 132 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 133                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 134                         bool migrate_scanner)
 135 {
 136         struct zone *zone = cc->zone;
 137
 138         if (cc->ignore_skip_hint)
 139                 return;
 140
 141         if (!page)
 142                 return;
 143
 144         if (!nr_isolated) {
 145                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
 146                 set_pageblock_skip(page);
 147
 148                 /* Update where compaction should restart */
 149                 if (migrate_scanner) {
 150                         if (!cc->finished_update_migrate &&
 151                             pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn)
 152                                 zone->compact_cached_migrate_pfn = pfn;
 153                 } else {
 154                         if (!cc->finished_update_free &&
 155                             pfn < zone->compact_cached_free_pfn)
 156                                 zone->compact_cached_free_pfn = pfn;
 157                 }
 158         }
 159 }
 160 #else
 161 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
 162                                         struct page *page)
 163 {
 164         return true;
 165 }
 166
 167 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
 168                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
 169                         bool migrate_scanner)
 170 {
 171 }
 172 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
 173
 174 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
 175 {
 176         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
 177 }
 178
 179 /*
 180  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
 181  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
 182  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
 183  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
 184  *
 185  * Returns true if the lock is held.
 186  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
 187  */
 188 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
 189                                       bool locked, struct compact_control *cc)
 190 {
 191         if (should_release_lock(lock)) {
 192                 if (locked) {
 193                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
 194                         locked = false;
 195                 }
 196
 197                 /* async aborts if taking too long or contended */
 198                 if (!cc->sync) {
 199                         cc->contended = true;
 200                         return false;
 201                 }
 202
 203                 cond_resched();
 204         }
 205
 206         if (!locked)
 207                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
 208         return true;
 209 }
 210
 211 static inline bool compact_trylock_irqsave(spinlock_t *lock,
 212                         unsigned long *flags, struct compact_control *cc)
 213 {
 214         return compact_checklock_irqsave(lock, flags, false, cc);
 215 }
 216
 217 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
 218 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
 219 {
 220         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
 221
 222         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
 223         if (migratetype == MIGRATE_RESERVE)
 224                 return false;
 225
 226         if (is_migrate_isolate(migratetype))
 227                 return false;
 228
 229         /* If the page is a large free page, then allow migration */
 230         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 231                 return true;
 232
 233         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 234         if (migrate_async_suitable(migratetype))
 235                 return true;
 236
 237         /* Otherwise skip the block */
 238         return false;
 239 }
 240
 241 /*
 242  * Isolate free pages onto a private freelist. Caller must hold zone->lock.
 243  * If @strict is true, will abort returning 0 on any invalid PFNs or non-free
 244  * pages inside of the pageblock (even though it may still end up isolating
 245  * some pages).
 246  */
 247 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
 248                                 unsigned long blockpfn,
 249                                 unsigned long end_pfn,
 250                                 struct list_head *freelist,
 251                                 bool strict)
 252 {
 253         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
 254         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
 255         unsigned long 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                         goto isolate_fail;
 268
 269                 if (!valid_page)
 270                         valid_page = page;
 271                 if (!PageBuddy(page))
 272                         goto isolate_fail;
 273
 274                 /*
 275                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
 276                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
 277                  * heavily contended if there are parallel allocations
 278                  * or parallel compactions. For async compaction do not
 279                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
 280                  * possible.
 281                  */
 282                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
 283                                                                 locked, cc);
 284                 if (!locked)
 285                         break;
 286
 287                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
 288                 if (!strict && !suitable_migration_target(page))
 289                         break;
 290
 291                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
 292                 if (!PageBuddy(page))
 293                         goto isolate_fail;
 294
 295                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
 296                 isolated = split_free_page(page);
 297                 total_isolated += isolated;
 298                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
 299                         list_add(&page->lru, freelist);
 300                         page++;
 301                 }
 302
 303                 /* If a page was split, advance to the end of it */
 304                 if (isolated) {
 305                         blockpfn += isolated - 1;
 306                         cursor += isolated - 1;
 307                         continue;
 308                 }
 309
 310 isolate_fail:
 311                 if (strict)
 312                         break;
 313                 else
 314                         continue;
 315
 316         }
 317
 318         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
 319
 320         /*
 321          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
 322          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
 323          * returned and CMA will fail.
 324          */
 325         if (strict && blockpfn < end_pfn)
 326                 total_isolated = 0;
 327
 328         if (locked)
 329                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 330
 331         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 332         if (blockpfn == end_pfn)
 333                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, total_isolated, false);
 334
 335         count_compact_events(COMPACTFREE_SCANNED, nr_scanned);
 336         if (total_isolated)
 337                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, total_isolated);
 338         return total_isolated;
 339 }
 340
 341 /**
 342  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
 343  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 344  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 345  *
 346  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
 347  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
 348  * undo its actions and return zero.
 349  *
 350  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
 351  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
 352  * a free page).
 353  */
 354 unsigned long
 355 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
 356                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 357 {
 358         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
 359         LIST_HEAD(freelist);
 360
 361         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
 362                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
 363                         break;
 364
 365                 /*
 366                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
 367                  * but we keep it that we not to complicate the code.
 368                  */
 369                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 370                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
 371
 372                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
 373                                                    &freelist, true);
 374
 375                 /*
 376                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
 377                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
 378                  * non-free pages).
 379                  */
 380                 if (!isolated)
 381                         break;
 382
 383                 /*
 384                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
 385                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
 386                  * page may span two pageblocks).
 387                  */
 388         }
 389
 390         /* split_free_page does not map the pages */
 391         map_pages(&freelist);
 392
 393         if (pfn < end_pfn) {
 394                 /* Loop terminated early, cleanup. */
 395                 release_freepages(&freelist);
 396                 return 0;
 397         }
 398
 399         /* We don't use freelists for anything. */
 400         return pfn;
 401 }
 402
 403 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 404 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
 405 {
 406         struct page *page;
 407         unsigned int count[2] = { 0, };
 408
 409         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 410                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
 411
 412         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
 413         if (locked) {
 414                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 415                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 416         } else {
 417                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 418                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 419         }
 420 }
 421
 422 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 423 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 424 {
 425         unsigned long active, inactive, isolated;
 426
 427         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 428                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 429         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
 430                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
 431         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 432                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 433
 434         return isolated > (inactive + active) / 2;
 435 }
 436
 437 /**
 438  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
 439  * @zone:       Zone pages are in.
 440  * @cc:         Compaction control structure.
 441  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
 442  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
 443  * @unevictable: true if it allows to isolate unevictable pages
 444  *
 445  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
 446  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
 447  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
 448  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
 449  *
 450  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
 451  * zero.
 452  *
 453  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
 454  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
 455  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
 456  */
 457 unsigned long
 458 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
 459                 unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn, bool unevictable)
 460 {
 461         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
 462         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
 463         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 464         isolate_mode_t mode = 0;
 465         struct lruvec *lruvec;
 466         unsigned long flags;
 467         bool locked = false;
 468         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
 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+1) % 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 (!isolation_suitable(cc, page))
 530                         goto next_pageblock;
 531
 532                 /* Skip if free */
 533                 if (PageBuddy(page))
 534                         continue;
 535
 536                 /*
 537                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
 538                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
 539                  * satisfies the allocation
 540                  */
 541                 if (!cc->sync && last_pageblock_nr != pageblock_nr &&
 542                     !migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page))) {
 543                         cc->finished_update_migrate = true;
 544                         goto next_pageblock;
 545                 }
 546
 547                 /*
 548                  * Check may be lockless but that's ok as we recheck later.
 549                  * It's possible to migrate LRU pages and balloon pages
 550                  * Skip any other type of page
 551                  */
 552                 if (!PageLRU(page)) {
 553                         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
 554                                 if (locked && balloon_page_isolate(page)) {
 555                                         /* Successfully isolated */
 556                                         cc->finished_update_migrate = true;
 557                                         list_add(&page->lru, migratelist);
 558                                         cc->nr_migratepages++;
 559                                         nr_isolated++;
 560                                         goto check_compact_cluster;
 561                                 }
 562                         }
 563                         continue;
 564                 }
 565
 566                 /*
 567                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
 568                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
 569                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
 570                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
 571                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
 572                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
 573                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
 574                  * page underneath us may return surprising results.
 575                  */
 576                 if (PageTransHuge(page)) {
 577                         if (!locked)
 578                                 goto next_pageblock;
 579                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 580                         continue;
 581                 }
 582
 583                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
 584                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
 585                                                                 locked, cc);
 586                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
 587                         break;
 588
 589                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
 590                 if (!PageLRU(page))
 591                         continue;
 592                 if (PageTransHuge(page)) {
 593                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 594                         continue;
 595                 }
 596
 597                 if (!cc->sync)
 598                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
 599
 600                 if (unevictable)
 601                         mode |= ISOLATE_UNEVICTABLE;
 602
 603                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 604
 605                 /* Try isolate the page */
 606                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
 607                         continue;
 608
 609                 VM_BUG_ON(PageTransCompound(page));
 610
 611                 /* Successfully isolated */
 612                 cc->finished_update_migrate = true;
 613                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
 614                 list_add(&page->lru, migratelist);
 615                 cc->nr_migratepages++;
 616                 nr_isolated++;
 617
 618 check_compact_cluster:
 619                 /* Avoid isolating too much */
 620                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
 621                         ++low_pfn;
 622                         break;
 623                 }
 624
 625                 continue;
 626
 627 next_pageblock:
 628                 low_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages) - 1;
 629                 last_pageblock_nr = pageblock_nr;
 630         }
 631
 632         acct_isolated(zone, locked, cc);
 633
 634         if (locked)
 635                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 636
 637         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
 638         if (low_pfn == end_pfn)
 639                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated, true);
 640
 641         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 642
 643         count_compact_events(COMPACTMIGRATE_SCANNED, nr_scanned);
 644         if (nr_isolated)
 645                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, nr_isolated);
 646
 647         return low_pfn;
 648 }
 649
 650 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 651 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 652 /*
 653  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 654  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 655  */
 656 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 657                                 struct compact_control *cc)
 658 {
 659         struct page *page;
 660         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, z_end_pfn;
 661         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 662         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 663
 664         /*
 665          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 666          * successfully isolated from, zone-cached value, or the end of the
 667          * zone when isolating for the first time. We need this aligned to
 668          * the pageblock boundary, because we do pfn -= pageblock_nr_pages
 669          * in the for loop.
 670          * The low boundary is the end of the pageblock the migration scanner
 671          * is using.
 672          */
 673         pfn = cc->free_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
 674         low_pfn = ALIGN(cc->migrate_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 675
 676         /*
 677          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
 678          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
 679          * in the next isolation cycle.
 680          */
 681         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
 682
 683         z_end_pfn = zone_end_pfn(zone);
 684
 685         /*
 686          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 687          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 688          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 689          */
 690         for (; pfn >= low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 691                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
 692                 unsigned long isolated;
 693                 unsigned long end_pfn;
 694
 695                 if (!pfn_valid(pfn))
 696                         continue;
 697
 698                 /*
 699                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 700                  * configurations to have a setup like
 701                  * node0 node1 node0
 702                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 703                  * pages do not belong to a single zone.
 704                  */
 705                 page = pfn_to_page(pfn);
 706                 if (page_zone(page) != zone)
 707                         continue;
 708
 709                 /* Check the block is suitable for migration */
 710                 if (!suitable_migration_target(page))
 711                         continue;
 712
 713                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 714                 if (!isolation_suitable(cc, page))
 715                         continue;
 716
 717                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
 718                 isolated = 0;
 719
 720                 /*
 721                  * Take care when isolating in last pageblock of a zone which
 722                  * ends in the middle of a pageblock.
 723                  */
 724                 end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, z_end_pfn);
 725                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, end_pfn,
 726                                                    freelist, false);
 727                 nr_freepages += isolated;
 728
 729                 /*
 730                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 731                  * looking for free pages, the search will restart here as
 732                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 733                  */
 734                 if (isolated) {
 735                         cc->finished_update_free = true;
 736                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
 737                 }
 738         }
 739
 740         /* split_free_page does not map the pages */
 741         map_pages(freelist);
 742
 743         /*
 744          * If we crossed the migrate scanner, we want to keep it that way
 745          * so that compact_finished() may detect this
 746          */
 747         if (pfn < low_pfn)
 748                 cc->free_pfn = max(pfn, zone->zone_start_pfn);
 749         else
 750                 cc->free_pfn = high_pfn;
 751         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 752 }
 753
 754 /*
 755  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 756  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 757  */
 758 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 759                                         unsigned long data,
 760                                         int **result)
 761 {
 762         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 763         struct page *freepage;
 764
 765         /* Isolate free pages if necessary */
 766         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 767                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 768
 769                 if (list_empty(&cc->freepages))
 770                         return NULL;
 771         }
 772
 773         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 774         list_del(&freepage->lru);
 775         cc->nr_freepages--;
 776
 777         return freepage;
 778 }
 779
 780 /*
 781  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
 782  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
 783  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
 784  */
 785 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 786 {
 787         int nr_migratepages = 0;
 788         int nr_freepages = 0;
 789         struct page *page;
 790
 791         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 792                 nr_migratepages++;
 793         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
 794                 nr_freepages++;
 795
 796         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 797         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 798 }
 799
 800 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 801 typedef enum {
 802         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 803         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 804         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 805 } isolate_migrate_t;
 806
 807 /*
 808  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 809  * the migrate scanner within compact_control.
 810  */
 811 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 812                                         struct compact_control *cc)
 813 {
 814         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 815
 816         /* Do not scan outside zone boundaries */
 817         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 818
 819         /* Only scan within a pageblock boundary */
 820         end_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 821
 822         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 823         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 824                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 825                 return ISOLATE_NONE;
 826         }
 827
 828         /* Perform the isolation */
 829         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn, false);
 830         if (!low_pfn || cc->contended)
 831                 return ISOLATE_ABORT;
 832
 833         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 834
 835         return ISOLATE_SUCCESS;
 836 }
 837
 838 static int compact_finished(struct zone *zone,
 839                             struct compact_control *cc)
 840 {
 841         unsigned int order;
 842         unsigned long watermark;
 843
 844         if (fatal_signal_pending(current))
 845                 return COMPACT_PARTIAL;
 846
 847         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 848         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
 849                 /*
 850                  * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
 851                  * by kswapd when it goes to sleep. kswapd does not set the
 852                  * flag itself as the decision to be clear should be directly
 853                  * based on an allocation request.
 854                  */
 855                 if (!current_is_kswapd())
 856                         zone->compact_blockskip_flush = true;
 857
 858                 return COMPACT_COMPLETE;
 859         }
 860
 861         /*
 862          * order == -1 is expected when compacting via
 863          * /proc/sys/vm/compact_memory
 864          */
 865         if (cc->order == -1)
 866                 return COMPACT_CONTINUE;
 867
 868         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 869         watermark = low_wmark_pages(zone);
 870         watermark += (1 << cc->order);
 871
 872         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 873                 return COMPACT_CONTINUE;
 874
 875         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 876         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 877                 struct free_area *area = &zone->free_area[order];
 878
 879                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
 880                 if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
 881                         return COMPACT_PARTIAL;
 882
 883                 /* Job done if allocation would set block type */
 884                 if (order >= pageblock_order && area->nr_free)
 885                         return COMPACT_PARTIAL;
 886         }
 887
 888         return COMPACT_CONTINUE;
 889 }
 890
 891 /*
 892  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 893  * Returns
 894  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 895  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 896  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 897  */
 898 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 899 {
 900         int fragindex;
 901         unsigned long watermark;
 902
 903         /*
 904          * order == -1 is expected when compacting via
 905          * /proc/sys/vm/compact_memory
 906          */
 907         if (order == -1)
 908                 return COMPACT_CONTINUE;
 909
 910         /*
 911          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 912          * This is because during migration, copies of pages need to be
 913          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 914          */
 915         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 916         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 917                 return COMPACT_SKIPPED;
 918
 919         /*
 920          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 921          * low memory or external fragmentation
 922          *
 923          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 924          * watermarks
 925          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 926          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 927          *
 928          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 929          */
 930         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 931         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 932                 return COMPACT_SKIPPED;
 933
 934         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 935             0, 0))
 936                 return COMPACT_PARTIAL;
 937
 938         return COMPACT_CONTINUE;
 939 }
 940
 941 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 942 {
 943         int ret;
 944         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
 945         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
 946
 947         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
 948         switch (ret) {
 949         case COMPACT_PARTIAL:
 950         case COMPACT_SKIPPED:
 951                 /* Compaction is likely to fail */
 952                 return ret;
 953         case COMPACT_CONTINUE:
 954                 /* Fall through to compaction */
 955                 ;
 956         }
 957
 958         /*
 959          * Clear pageblock skip if there were failures recently and compaction
 960          * is about to be retried after being deferred. kswapd does not do
 961          * this reset as it'll reset the cached information when going to sleep.
 962          */
 963         if (compaction_restarting(zone, cc->order) && !current_is_kswapd())
 964                 __reset_isolation_suitable(zone);
 965
 966         /*
 967          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
 968          * information on where the scanners should start but check that it
 969          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
 970          */
 971         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn;
 972         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
 973         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
 974                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
 975                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
 976         }
 977         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
 978                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
 979                 zone->compact_cached_migrate_pfn = cc->migrate_pfn;
 980         }
 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         return ret;
1032 }
1033
1034 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
1035                                  int order, gfp_t gfp_mask,
1036                                  bool sync, bool *contended)
1037 {
1038         unsigned long ret;
1039         struct compact_control cc = {
1040                 .nr_freepages = 0,
1041                 .nr_migratepages = 0,
1042                 .order = order,
1043                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1044                 .zone = zone,
1045                 .sync = sync,
1046         };
1047         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1048         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1049
1050         ret = compact_zone(zone, &cc);
1051
1052         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1053         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1054
1055         *contended = cc.contended;
1056         return ret;
1057 }
1058
1059 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1060
1061 /**
1062  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1063  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1064  * @order: The order of the current allocation
1065  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1066  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1067  * @sync: Whether migration is synchronous or not
1068  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1069  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1070  *
1071  * This is the main entry point for direct page compaction.
1072  */
1073 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1074                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1075                         bool sync, bool *contended)
1076 {
1077         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1078         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1079         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1080         struct zoneref *z;
1081         struct zone *zone;
1082         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1083         int alloc_flags = 0;
1084
1085         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1086         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1087                 return rc;
1088
1089         count_compact_event(COMPACTSTALL);
1090
1091 #ifdef CONFIG_CMA
1092         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1093                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1094 #endif
1095         /* Compact each zone in the list */
1096         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1097                                                                 nodemask) {
1098                 int status;
1099
1100                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
1101                                                 contended);
1102                 rc = max(status, rc);
1103
1104                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1105                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1106                                       alloc_flags))
1107                         break;
1108         }
1109
1110         return rc;
1111 }
1112
1113
1114 /* Compact all zones within a node */
1115 static void __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1116 {
1117         int zoneid;
1118         struct zone *zone;
1119
1120         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1121
1122                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1123                 if (!populated_zone(zone))
1124                         continue;
1125
1126                 cc->nr_freepages = 0;
1127                 cc->nr_migratepages = 0;
1128                 cc->zone = zone;
1129                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1130                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1131
1132                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1133                         compact_zone(zone, cc);
1134
1135                 if (cc->order > 0) {
1136                         int ok = zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1137                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0);
1138                         if (ok && cc->order >= zone->compact_order_failed)
1139                                 zone->compact_order_failed = cc->order + 1;
1140                         /* Currently async compaction is never deferred. */
1141                         else if (!ok && cc->sync)
1142                                 defer_compaction(zone, cc->order);
1143                 }
1144
1145                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1146                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1147         }
1148 }
1149
1150 void compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1151 {
1152         struct compact_control cc = {
1153                 .order = order,
1154                 .sync = false,
1155         };
1156
1157         __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1158 }
1159
1160 static void compact_node(int nid)
1161 {
1162         struct compact_control cc = {
1163                 .order = -1,
1164                 .sync = true,
1165         };
1166
1167         __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1168 }
1169
1170 /* Compact all nodes in the system */
1171 static void compact_nodes(void)
1172 {
1173         int nid;
1174
1175         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1176         lru_add_drain_all();
1177
1178         for_each_online_node(nid)
1179                 compact_node(nid);
1180 }
1181
1182 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1183 int sysctl_compact_memory;
1184
1185 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1186 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1187                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1188 {
1189         if (write)
1190                 compact_nodes();
1191
1192         return 0;
1193 }
1194
1195 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1196                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1197 {
1198         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1199
1200         return 0;
1201 }
1202
1203 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1204 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1205                         struct device_attribute *attr,
1206                         const char *buf, size_t count)
1207 {
1208         int nid = dev->id;
1209
1210         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1211                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1212                 lru_add_drain_all();
1213
1214                 compact_node(nid);
1215         }
1216
1217         return count;
1218 }
1219 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1220
1221 int compaction_register_node(struct node *node)
1222 {
1223         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1224 }
1225
1226 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1227 {
1228         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1229 }
1230 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1231
1232 #endif /* CONFIG_COMPACTION */