mm: compaction: minimise the time IRQs are disabled while isolating free pages
[pandora-kernel.git] / 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 "internal.h"
18
19 #define CREATE_TRACE_POINTS
20 #include <trace/events/compaction.h>
21
22 /*
23  * compact_control is used to track pages being migrated and the free pages
24  * they are being migrated to during memory compaction. The free_pfn starts
25  * at the end of a zone and migrate_pfn begins at the start. Movable pages
26  * are moved to the end of a zone during a compaction run and the run
27  * completes when free_pfn <= migrate_pfn
28  */
29 struct compact_control {
30         struct list_head freepages;     /* List of free pages to migrate to */
31         struct list_head migratepages;  /* List of pages being migrated */
32         unsigned long nr_freepages;     /* Number of isolated free pages */
33         unsigned long nr_migratepages;  /* Number of pages to migrate */
34         unsigned long free_pfn;         /* isolate_freepages search base */
35         unsigned long migrate_pfn;      /* isolate_migratepages search base */
36         bool sync;                      /* Synchronous migration */
37
38         /* Account for isolated anon and file pages */
39         unsigned long nr_anon;
40         unsigned long nr_file;
41
42         unsigned int order;             /* order a direct compactor needs */
43         int migratetype;                /* MOVABLE, RECLAIMABLE etc */
44         struct zone *zone;
45 };
46
47 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
48 {
49         struct page *page, *next;
50         unsigned long count = 0;
51
52         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
53                 list_del(&page->lru);
54                 __free_page(page);
55                 count++;
56         }
57
58         return count;
59 }
60
61 /* Isolate free pages onto a private freelist. Must hold zone->lock */
62 static unsigned long isolate_freepages_block(struct zone *zone,
63                                 unsigned long blockpfn,
64                                 struct list_head *freelist)
65 {
66         unsigned long zone_end_pfn, end_pfn;
67         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
68         struct page *cursor;
69
70         /* Get the last PFN we should scan for free pages at */
71         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
72         end_pfn = min(blockpfn + pageblock_nr_pages, zone_end_pfn);
73
74         /* Find the first usable PFN in the block to initialse page cursor */
75         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++) {
76                 if (pfn_valid_within(blockpfn))
77                         break;
78         }
79         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
80
81         /* Isolate free pages. This assumes the block is valid */
82         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
83                 int isolated, i;
84                 struct page *page = cursor;
85
86                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
87                         continue;
88                 nr_scanned++;
89
90                 if (!PageBuddy(page))
91                         continue;
92
93                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
94                 isolated = split_free_page(page);
95                 total_isolated += isolated;
96                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
97                         list_add(&page->lru, freelist);
98                         page++;
99                 }
100
101                 /* If a page was split, advance to the end of it */
102                 if (isolated) {
103                         blockpfn += isolated - 1;
104                         cursor += isolated - 1;
105                 }
106         }
107
108         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
109         return total_isolated;
110 }
111
112 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
113 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
114 {
115
116         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
117
118         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
119         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
120                 return false;
121
122         /* If the page is a large free page, then allow migration */
123         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
124                 return true;
125
126         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE, allow migration */
127         if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
128                 return true;
129
130         /* Otherwise skip the block */
131         return false;
132 }
133
134 /*
135  * Based on information in the current compact_control, find blocks
136  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
137  */
138 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
139                                 struct compact_control *cc)
140 {
141         struct page *page;
142         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn;
143         unsigned long flags;
144         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
145         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
146
147         pfn = cc->free_pfn;
148         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
149         high_pfn = low_pfn;
150
151         /*
152          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
153          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
154          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
155          */
156         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
157                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
158                 unsigned long isolated;
159
160                 if (!pfn_valid(pfn))
161                         continue;
162
163                 /*
164                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
165                  * configurations to have a setup like
166                  * node0 node1 node0
167                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
168                  * pages do not belong to a single zone.
169                  */
170                 page = pfn_to_page(pfn);
171                 if (page_zone(page) != zone)
172                         continue;
173
174                 /* Check the block is suitable for migration */
175                 if (!suitable_migration_target(page))
176                         continue;
177
178                 /*
179                  * Found a block suitable for isolating free pages from. Now
180                  * we disabled interrupts, double check things are ok and
181                  * isolate the pages. This is to minimise the time IRQs
182                  * are disabled
183                  */
184                 isolated = 0;
185                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
186                 if (suitable_migration_target(page)) {
187                         isolated = isolate_freepages_block(zone, pfn, freelist);
188                         nr_freepages += isolated;
189                 }
190                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
191
192                 /*
193                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
194                  * looking for free pages, the search will restart here as
195                  * page migration may have returned some pages to the allocator
196                  */
197                 if (isolated)
198                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
199         }
200
201         /* split_free_page does not map the pages */
202         list_for_each_entry(page, freelist, lru) {
203                 arch_alloc_page(page, 0);
204                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
205         }
206
207         cc->free_pfn = high_pfn;
208         cc->nr_freepages = nr_freepages;
209 }
210
211 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
212 static void acct_isolated(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
213 {
214         struct page *page;
215         unsigned int count[NR_LRU_LISTS] = { 0, };
216
217         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru) {
218                 int lru = page_lru_base_type(page);
219                 count[lru]++;
220         }
221
222         cc->nr_anon = count[LRU_ACTIVE_ANON] + count[LRU_INACTIVE_ANON];
223         cc->nr_file = count[LRU_ACTIVE_FILE] + count[LRU_INACTIVE_FILE];
224         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, cc->nr_anon);
225         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, cc->nr_file);
226 }
227
228 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
229 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
230 {
231         unsigned long active, inactive, isolated;
232
233         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
234                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
235         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
236                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
237         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
238                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
239
240         return isolated > (inactive + active) / 2;
241 }
242
243 /*
244  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
245  * the migrate scanner within compact_control.
246  */
247 static unsigned long isolate_migratepages(struct zone *zone,
248                                         struct compact_control *cc)
249 {
250         unsigned long low_pfn, end_pfn;
251         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
252         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
253         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
254
255         /* Do not scan outside zone boundaries */
256         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
257
258         /* Only scan within a pageblock boundary */
259         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
260
261         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
262         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
263                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
264                 return 0;
265         }
266
267         /*
268          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
269          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
270          * delay for some time until fewer pages are isolated
271          */
272         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
273                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
274
275                 if (fatal_signal_pending(current))
276                         return 0;
277         }
278
279         /* Time to isolate some pages for migration */
280         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
281         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
282                 struct page *page;
283                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
284                         continue;
285                 nr_scanned++;
286
287                 /* Get the page and skip if free */
288                 page = pfn_to_page(low_pfn);
289                 if (PageBuddy(page))
290                         continue;
291
292                 /*
293                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
294                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
295                  * satisfies the allocation
296                  */
297                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
298                 if (!cc->sync && last_pageblock_nr != pageblock_nr &&
299                                 get_pageblock_migratetype(page) != MIGRATE_MOVABLE) {
300                         low_pfn += pageblock_nr_pages;
301                         low_pfn = ALIGN(low_pfn, pageblock_nr_pages) - 1;
302                         last_pageblock_nr = pageblock_nr;
303                         continue;
304                 }
305
306                 if (!PageLRU(page))
307                         continue;
308
309                 /*
310                  * PageLRU is set, and lru_lock excludes isolation,
311                  * splitting and collapsing (collapsing has already
312                  * happened if PageLRU is set).
313                  */
314                 if (PageTransHuge(page)) {
315                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
316                         continue;
317                 }
318
319                 /* Try isolate the page */
320                 if (__isolate_lru_page(page, ISOLATE_BOTH, 0) != 0)
321                         continue;
322
323                 VM_BUG_ON(PageTransCompound(page));
324
325                 /* Successfully isolated */
326                 del_page_from_lru_list(zone, page, page_lru(page));
327                 list_add(&page->lru, migratelist);
328                 cc->nr_migratepages++;
329                 nr_isolated++;
330
331                 /* Avoid isolating too much */
332                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX)
333                         break;
334         }
335
336         acct_isolated(zone, cc);
337
338         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
339         cc->migrate_pfn = low_pfn;
340
341         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
342
343         return cc->nr_migratepages;
344 }
345
346 /*
347  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
348  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
349  */
350 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
351                                         unsigned long data,
352                                         int **result)
353 {
354         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
355         struct page *freepage;
356
357         /* Isolate free pages if necessary */
358         if (list_empty(&cc->freepages)) {
359                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
360
361                 if (list_empty(&cc->freepages))
362                         return NULL;
363         }
364
365         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
366         list_del(&freepage->lru);
367         cc->nr_freepages--;
368
369         return freepage;
370 }
371
372 /*
373  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
374  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
375  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
376  */
377 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
378 {
379         int nr_migratepages = 0;
380         int nr_freepages = 0;
381         struct page *page;
382
383         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
384                 nr_migratepages++;
385         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
386                 nr_freepages++;
387
388         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
389         cc->nr_freepages = nr_freepages;
390 }
391
392 static int compact_finished(struct zone *zone,
393                             struct compact_control *cc)
394 {
395         unsigned int order;
396         unsigned long watermark;
397
398         if (fatal_signal_pending(current))
399                 return COMPACT_PARTIAL;
400
401         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
402         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn)
403                 return COMPACT_COMPLETE;
404
405         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
406         watermark = low_wmark_pages(zone);
407         watermark += (1 << cc->order);
408
409         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
410                 return COMPACT_CONTINUE;
411
412         /*
413          * order == -1 is expected when compacting via
414          * /proc/sys/vm/compact_memory
415          */
416         if (cc->order == -1)
417                 return COMPACT_CONTINUE;
418
419         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
420         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
421                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
422                 if (!list_empty(&zone->free_area[order].free_list[cc->migratetype]))
423                         return COMPACT_PARTIAL;
424
425                 /* Job done if allocation would set block type */
426                 if (order >= pageblock_order && zone->free_area[order].nr_free)
427                         return COMPACT_PARTIAL;
428         }
429
430         return COMPACT_CONTINUE;
431 }
432
433 /*
434  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
435  * Returns
436  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
437  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
438  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
439  */
440 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
441 {
442         int fragindex;
443         unsigned long watermark;
444
445         /*
446          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
447          * This is because during migration, copies of pages need to be
448          * allocated and for a short time, the footprint is higher
449          */
450         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
451         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
452                 return COMPACT_SKIPPED;
453
454         /*
455          * order == -1 is expected when compacting via
456          * /proc/sys/vm/compact_memory
457          */
458         if (order == -1)
459                 return COMPACT_CONTINUE;
460
461         /*
462          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
463          * low memory or external fragmentation
464          *
465          * index of -1 implies allocations might succeed dependingon watermarks
466          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
467          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
468          *
469          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
470          */
471         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
472         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
473                 return COMPACT_SKIPPED;
474
475         if (fragindex == -1 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark, 0, 0))
476                 return COMPACT_PARTIAL;
477
478         return COMPACT_CONTINUE;
479 }
480
481 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
482 {
483         int ret;
484
485         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
486         switch (ret) {
487         case COMPACT_PARTIAL:
488         case COMPACT_SKIPPED:
489                 /* Compaction is likely to fail */
490                 return ret;
491         case COMPACT_CONTINUE:
492                 /* Fall through to compaction */
493                 ;
494         }
495
496         /* Setup to move all movable pages to the end of the zone */
497         cc->migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
498         cc->free_pfn = cc->migrate_pfn + zone->spanned_pages;
499         cc->free_pfn &= ~(pageblock_nr_pages-1);
500
501         migrate_prep_local();
502
503         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
504                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
505                 int err;
506
507                 if (!isolate_migratepages(zone, cc))
508                         continue;
509
510                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
511                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
512                                 (unsigned long)cc, false,
513                                 cc->sync);
514                 update_nr_listpages(cc);
515                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
516
517                 count_vm_event(COMPACTBLOCKS);
518                 count_vm_events(COMPACTPAGES, nr_migrate - nr_remaining);
519                 if (nr_remaining)
520                         count_vm_events(COMPACTPAGEFAILED, nr_remaining);
521                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
522                                                 nr_remaining);
523
524                 /* Release LRU pages not migrated */
525                 if (err) {
526                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
527                         cc->nr_migratepages = 0;
528                 }
529
530         }
531
532         /* Release free pages and check accounting */
533         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
534         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
535
536         return ret;
537 }
538
539 unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
540                                  int order, gfp_t gfp_mask,
541                                  bool sync)
542 {
543         struct compact_control cc = {
544                 .nr_freepages = 0,
545                 .nr_migratepages = 0,
546                 .order = order,
547                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
548                 .zone = zone,
549                 .sync = sync,
550         };
551         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
552         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
553
554         return compact_zone(zone, &cc);
555 }
556
557 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
558
559 /**
560  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
561  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
562  * @order: The order of the current allocation
563  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
564  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
565  * @sync: Whether migration is synchronous or not
566  *
567  * This is the main entry point for direct page compaction.
568  */
569 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
570                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
571                         bool sync)
572 {
573         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
574         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
575         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
576         struct zoneref *z;
577         struct zone *zone;
578         int rc = COMPACT_SKIPPED;
579
580         /*
581          * Check whether it is worth even starting compaction. The order check is
582          * made because an assumption is made that the page allocator can satisfy
583          * the "cheaper" orders without taking special steps
584          */
585         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
586                 return rc;
587
588         count_vm_event(COMPACTSTALL);
589
590         /* Compact each zone in the list */
591         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
592                                                                 nodemask) {
593                 int status;
594
595                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync);
596                 rc = max(status, rc);
597
598                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
599                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0, 0))
600                         break;
601         }
602
603         return rc;
604 }
605
606
607 /* Compact all zones within a node */
608 static int compact_node(int nid)
609 {
610         int zoneid;
611         pg_data_t *pgdat;
612         struct zone *zone;
613
614         if (nid < 0 || nid >= nr_node_ids || !node_online(nid))
615                 return -EINVAL;
616         pgdat = NODE_DATA(nid);
617
618         /* Flush pending updates to the LRU lists */
619         lru_add_drain_all();
620
621         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
622                 struct compact_control cc = {
623                         .nr_freepages = 0,
624                         .nr_migratepages = 0,
625                         .order = -1,
626                 };
627
628                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
629                 if (!populated_zone(zone))
630                         continue;
631
632                 cc.zone = zone;
633                 INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
634                 INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
635
636                 compact_zone(zone, &cc);
637
638                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
639                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
640         }
641
642         return 0;
643 }
644
645 /* Compact all nodes in the system */
646 static int compact_nodes(void)
647 {
648         int nid;
649
650         for_each_online_node(nid)
651                 compact_node(nid);
652
653         return COMPACT_COMPLETE;
654 }
655
656 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
657 int sysctl_compact_memory;
658
659 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
660 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
661                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
662 {
663         if (write)
664                 return compact_nodes();
665
666         return 0;
667 }
668
669 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
670                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
671 {
672         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
673
674         return 0;
675 }
676
677 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
678 ssize_t sysfs_compact_node(struct sys_device *dev,
679                         struct sysdev_attribute *attr,
680                         const char *buf, size_t count)
681 {
682         compact_node(dev->id);
683
684         return count;
685 }
686 static SYSDEV_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
687
688 int compaction_register_node(struct node *node)
689 {
690         return sysdev_create_file(&node->sysdev, &attr_compact);
691 }
692
693 void compaction_unregister_node(struct node *node)
694 {
695         return sysdev_remove_file(&node->sysdev, &attr_compact);
696 }
697 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */