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         struct lruvec *lruvec;
 464         unsigned long flags;
 465         bool locked = false;
 466         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
 467         bool skipped_async_unsuitable = false;
 468         const isolate_mode_t mode = (!cc->sync ? ISOLATE_ASYNC_MIGRATE : 0) |
 469                                     (unevictable ? ISOLATE_UNEVICTABLE : 0);
 470
 471         /*
 472          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 473          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 474          * delay for some time until fewer pages are isolated
 475          */
 476         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 477                 /* async migration should just abort */
 478                 if (!cc->sync)
 479                         return 0;
 480
 481                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 482
 483                 if (fatal_signal_pending(current))
 484                         return 0;
 485         }
 486
 487         /* Time to isolate some pages for migration */
 488         cond_resched();
 489         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 490                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
 491                 if (locked && !(low_pfn % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
 492                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
 493                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 494                                 locked = false;
 495                         }
 496                 }
 497
 498                 /*
 499                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
 500                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
 501                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
 502                  * memory holes within the zone
 503                  */
 504                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
 505                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
 506                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
 507                                 continue;
 508                         }
 509                 }
 510
 511                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 512                         continue;
 513                 nr_scanned++;
 514
 515                 /*
 516                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
 517                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
 518                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
 519                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
 520                  */
 521                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 522                 if (page_zone(page) != zone)
 523                         continue;
 524
 525                 if (!valid_page)
 526                         valid_page = page;
 527
 528                 /* If isolation recently failed, do not retry */
 529                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
 530                 if (last_pageblock_nr != pageblock_nr) {
 531                         int mt;
 532
 533                         last_pageblock_nr = pageblock_nr;
 534                         if (!isolation_suitable(cc, page))
 535                                 goto next_pageblock;
 536
 537                         /*
 538                          * For async migration, also only scan in MOVABLE
 539                          * blocks. Async migration is optimistic to see if
 540                          * the minimum amount of work satisfies the allocation
 541                          */
 542                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
 543                         if (!cc->sync && !migrate_async_suitable(mt)) {
 544                                 cc->finished_update_migrate = true;
 545                                 skipped_async_unsuitable = true;
 546                                 goto next_pageblock;
 547                         }
 548                 }
 549
 550                 /*
 551                  * Skip if free. page_order cannot be used without zone->lock
 552                  * as nothing prevents parallel allocations or buddy merging.
 553                  */
 554                 if (PageBuddy(page))
 555                         continue;
 556
 557                 /*
 558                  * Check may be lockless but that's ok as we recheck later.
 559                  * It's possible to migrate LRU pages and balloon pages
 560                  * Skip any other type of page
 561                  */
 562                 if (!PageLRU(page)) {
 563                         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
 564                                 if (locked && balloon_page_isolate(page)) {
 565                                         /* Successfully isolated */
 566                                         goto isolate_success;
 567                                 }
 568                         }
 569                         continue;
 570                 }
 571
 572                 /*
 573                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
 574                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
 575                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
 576                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
 577                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
 578                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
 579                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
 580                  * page underneath us may return surprising results.
 581                  */
 582                 if (PageTransHuge(page)) {
 583                         if (!locked)
 584                                 goto next_pageblock;
 585                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 586                         continue;
 587                 }
 588
 589                 /*
 590                  * Migration will fail if an anonymous page is pinned in memory,
 591                  * so avoid taking lru_lock and isolating it unnecessarily in an
 592                  * admittedly racy check.
 593                  */
 594                 if (!page_mapping(page) &&
 595                     page_count(page) > page_mapcount(page))
 596                         continue;
 597
 598                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
 599                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
 600                                                                 locked, cc);
 601                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
 602                         break;
 603
 604                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
 605                 if (!PageLRU(page))
 606                         continue;
 607                 if (PageTransHuge(page)) {
 608                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 609                         continue;
 610                 }
 611
 612                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 613
 614                 /* Try isolate the page */
 615                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
 616                         continue;
 617
 618                 VM_BUG_ON_PAGE(PageTransCompound(page), page);
 619
 620                 /* Successfully isolated */
 621                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
 622
 623 isolate_success:
 624                 cc->finished_update_migrate = true;
 625                 list_add(&page->lru, migratelist);
 626                 cc->nr_migratepages++;
 627                 nr_isolated++;
 628
 629                 /* Avoid isolating too much */
 630                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
 631                         ++low_pfn;
 632                         break;
 633                 }
 634
 635                 continue;
 636
 637 next_pageblock:
 638                 low_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages) - 1;
 639         }
 640
 641         acct_isolated(zone, locked, cc);
 642
 643         if (locked)
 644                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 645
 646         /*
 647          * Update the pageblock-skip information and cached scanner pfn,
 648          * if the whole pageblock was scanned without isolating any page.
 649          * This is not done when pageblock was skipped due to being unsuitable
 650          * for async compaction, so that eventual sync compaction can try.
 651          */
 652         if (low_pfn == end_pfn && !skipped_async_unsuitable)
 653                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated, true);
 654
 655         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 656
 657         count_compact_events(COMPACTMIGRATE_SCANNED, nr_scanned);
 658         if (nr_isolated)
 659                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, nr_isolated);
 660
 661         return low_pfn;
 662 }
 663
 664 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 665 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 666 /*
 667  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 668  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 669  */
 670 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 671                                 struct compact_control *cc)
 672 {
 673         struct page *page;
 674         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, z_end_pfn;
 675         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 676         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 677
 678         /*
 679          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 680          * successfully isolated from, zone-cached value, or the end of the
 681          * zone when isolating for the first time. We need this aligned to
 682          * the pageblock boundary, because we do pfn -= pageblock_nr_pages
 683          * in the for loop.
 684          * The low boundary is the end of the pageblock the migration scanner
 685          * is using.
 686          */
 687         pfn = cc->free_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
 688         low_pfn = ALIGN(cc->migrate_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 689
 690         /*
 691          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
 692          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
 693          * in the next isolation cycle.
 694          */
 695         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
 696
 697         z_end_pfn = zone_end_pfn(zone);
 698
 699         /*
 700          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 701          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 702          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 703          */
 704         for (; pfn >= low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 705                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
 706                 unsigned long isolated;
 707                 unsigned long end_pfn;
 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                  * Take care when isolating in last pageblock of a zone which
 743                  * ends in the middle of a pageblock.
 744                  */
 745                 end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, z_end_pfn);
 746                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, end_pfn,
 747                                                    freelist, false);
 748                 nr_freepages += isolated;
 749
 750                 /*
 751                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 752                  * looking for free pages, the search will restart here as
 753                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 754                  */
 755                 if (isolated) {
 756                         cc->finished_update_free = true;
 757                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
 758                 }
 759         }
 760
 761         /* split_free_page does not map the pages */
 762         map_pages(freelist);
 763
 764         /*
 765          * If we crossed the migrate scanner, we want to keep it that way
 766          * so that compact_finished() may detect this
 767          */
 768         if (pfn < low_pfn)
 769                 cc->free_pfn = max(pfn, zone->zone_start_pfn);
 770         else
 771                 cc->free_pfn = high_pfn;
 772         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 773 }
 774
 775 /*
 776  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 777  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 778  */
 779 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 780                                         unsigned long data,
 781                                         int **result)
 782 {
 783         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 784         struct page *freepage;
 785
 786         /* Isolate free pages if necessary */
 787         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 788                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 789
 790                 if (list_empty(&cc->freepages))
 791                         return NULL;
 792         }
 793
 794         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 795         list_del(&freepage->lru);
 796         cc->nr_freepages--;
 797
 798         return freepage;
 799 }
 800
 801 /*
 802  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
 803  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
 804  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
 805  */
 806 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 807 {
 808         int nr_migratepages = 0;
 809         int nr_freepages = 0;
 810         struct page *page;
 811
 812         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 813                 nr_migratepages++;
 814         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
 815                 nr_freepages++;
 816
 817         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 818         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 819 }
 820
 821 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 822 typedef enum {
 823         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 824         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 825         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 826 } isolate_migrate_t;
 827
 828 /*
 829  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 830  * the migrate scanner within compact_control.
 831  */
 832 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 833                                         struct compact_control *cc)
 834 {
 835         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 836
 837         /* Do not scan outside zone boundaries */
 838         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 839
 840         /* Only scan within a pageblock boundary */
 841         end_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 842
 843         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 844         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 845                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 846                 return ISOLATE_NONE;
 847         }
 848
 849         /* Perform the isolation */
 850         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn, false);
 851         if (!low_pfn || cc->contended)
 852                 return ISOLATE_ABORT;
 853
 854         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 855
 856         return ISOLATE_SUCCESS;
 857 }
 858
 859 static int compact_finished(struct zone *zone,
 860                             struct compact_control *cc)
 861 {
 862         unsigned int order;
 863         unsigned long watermark;
 864
 865         if (fatal_signal_pending(current))
 866                 return COMPACT_PARTIAL;
 867
 868         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 869         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
 870                 /* Let the next compaction start anew. */
 871                 zone->compact_cached_migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
 872                 zone->compact_cached_free_pfn = zone_end_pfn(zone);
 873
 874                 /*
 875                  * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
 876                  * by kswapd when it goes to sleep. kswapd does not set the
 877                  * flag itself as the decision to be clear should be directly
 878                  * based on an allocation request.
 879                  */
 880                 if (!current_is_kswapd())
 881                         zone->compact_blockskip_flush = true;
 882
 883                 return COMPACT_COMPLETE;
 884         }
 885
 886         /*
 887          * order == -1 is expected when compacting via
 888          * /proc/sys/vm/compact_memory
 889          */
 890         if (cc->order == -1)
 891                 return COMPACT_CONTINUE;
 892
 893         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 894         watermark = low_wmark_pages(zone);
 895         watermark += (1 << cc->order);
 896
 897         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 898                 return COMPACT_CONTINUE;
 899
 900         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 901         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 902                 struct free_area *area = &zone->free_area[order];
 903
 904                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
 905                 if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
 906                         return COMPACT_PARTIAL;
 907
 908                 /* Job done if allocation would set block type */
 909                 if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
 910                         return COMPACT_PARTIAL;
 911         }
 912
 913         return COMPACT_CONTINUE;
 914 }
 915
 916 /*
 917  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 918  * Returns
 919  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 920  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 921  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 922  */
 923 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 924 {
 925         int fragindex;
 926         unsigned long watermark;
 927
 928         /*
 929          * order == -1 is expected when compacting via
 930          * /proc/sys/vm/compact_memory
 931          */
 932         if (order == -1)
 933                 return COMPACT_CONTINUE;
 934
 935         /*
 936          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 937          * This is because during migration, copies of pages need to be
 938          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 939          */
 940         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 941         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 942                 return COMPACT_SKIPPED;
 943
 944         /*
 945          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 946          * low memory or external fragmentation
 947          *
 948          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 949          * watermarks
 950          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 951          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 952          *
 953          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 954          */
 955         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 956         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 957                 return COMPACT_SKIPPED;
 958
 959         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 960             0, 0))
 961                 return COMPACT_PARTIAL;
 962
 963         return COMPACT_CONTINUE;
 964 }
 965
 966 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 967 {
 968         int ret;
 969         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
 970         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
 971
 972         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
 973         switch (ret) {
 974         case COMPACT_PARTIAL:
 975         case COMPACT_SKIPPED:
 976                 /* Compaction is likely to fail */
 977                 return ret;
 978         case COMPACT_CONTINUE:
 979                 /* Fall through to compaction */
 980                 ;
 981         }
 982
 983         /*
 984          * Clear pageblock skip if there were failures recently and compaction
 985          * is about to be retried after being deferred. kswapd does not do
 986          * this reset as it'll reset the cached information when going to sleep.
 987          */
 988         if (compaction_restarting(zone, cc->order) && !current_is_kswapd())
 989                 __reset_isolation_suitable(zone);
 990
 991         /*
 992          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
 993          * information on where the scanners should start but check that it
 994          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
 995          */
 996         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn;
 997         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
 998         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
 999                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1000                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
1001         }
1002         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
1003                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
1004                 zone->compact_cached_migrate_pfn = cc->migrate_pfn;
1005         }
1006
1007         trace_mm_compaction_begin(start_pfn, cc->migrate_pfn, cc->free_pfn, end_pfn);
1008
1009         migrate_prep_local();
1010
1011         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
1012                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
1013                 int err;
1014
1015                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
1016                 case ISOLATE_ABORT:
1017                         ret = COMPACT_PARTIAL;
1018                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1019                         cc->nr_migratepages = 0;
1020                         goto out;
1021                 case ISOLATE_NONE:
1022                         continue;
1023                 case ISOLATE_SUCCESS:
1024                         ;
1025                 }
1026
1027                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
1028                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
1029                                 (unsigned long)cc,
1030                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC,
1031                                 MR_COMPACTION);
1032                 update_nr_listpages(cc);
1033                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
1034
1035                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
1036                                                 nr_remaining);
1037
1038                 /* Release isolated pages not migrated */
1039                 if (err) {
1040                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1041                         cc->nr_migratepages = 0;
1042                         /*
1043                          * migrate_pages() may return -ENOMEM when scanners meet
1044                          * and we want compact_finished() to detect it
1045                          */
1046                         if (err == -ENOMEM && cc->free_pfn > cc->migrate_pfn) {
1047                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
1048                                 goto out;
1049                         }
1050                 }
1051         }
1052
1053 out:
1054         /* Release free pages and check accounting */
1055         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
1056         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
1057
1058         trace_mm_compaction_end(ret);
1059
1060         return ret;
1061 }
1062
1063 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
1064                                  int order, gfp_t gfp_mask,
1065                                  bool sync, bool *contended)
1066 {
1067         unsigned long ret;
1068         struct compact_control cc = {
1069                 .nr_freepages = 0,
1070                 .nr_migratepages = 0,
1071                 .order = order,
1072                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1073                 .zone = zone,
1074                 .sync = sync,
1075         };
1076         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1077         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1078
1079         ret = compact_zone(zone, &cc);
1080
1081         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1082         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1083
1084         *contended = cc.contended;
1085         return ret;
1086 }
1087
1088 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1089
1090 /**
1091  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1092  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1093  * @order: The order of the current allocation
1094  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1095  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1096  * @sync: Whether migration is synchronous or not
1097  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1098  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1099  *
1100  * This is the main entry point for direct page compaction.
1101  */
1102 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1103                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1104                         bool sync, bool *contended)
1105 {
1106         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1107         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1108         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1109         struct zoneref *z;
1110         struct zone *zone;
1111         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1112         int alloc_flags = 0;
1113
1114         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1115         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1116                 return rc;
1117
1118         count_compact_event(COMPACTSTALL);
1119
1120 #ifdef CONFIG_CMA
1121         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1122                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1123 #endif
1124         /* Compact each zone in the list */
1125         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1126                                                                 nodemask) {
1127                 int status;
1128
1129                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
1130                                                 contended);
1131                 rc = max(status, rc);
1132
1133                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1134                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1135                                       alloc_flags))
1136                         break;
1137         }
1138
1139         return rc;
1140 }
1141
1142
1143 /* Compact all zones within a node */
1144 static void __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1145 {
1146         int zoneid;
1147         struct zone *zone;
1148
1149         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1150
1151                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1152                 if (!populated_zone(zone))
1153                         continue;
1154
1155                 cc->nr_freepages = 0;
1156                 cc->nr_migratepages = 0;
1157                 cc->zone = zone;
1158                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1159                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1160
1161                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1162                         compact_zone(zone, cc);
1163
1164                 if (cc->order > 0) {
1165                         if (zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1166                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0))
1167                                 compaction_defer_reset(zone, cc->order, false);
1168                         /* Currently async compaction is never deferred. */
1169                         else if (cc->sync)
1170                                 defer_compaction(zone, cc->order);
1171                 }
1172
1173                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1174                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1175         }
1176 }
1177
1178 void compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1179 {
1180         struct compact_control cc = {
1181                 .order = order,
1182                 .sync = false,
1183         };
1184
1185         if (!order)
1186                 return;
1187
1188         __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1189 }
1190
1191 static void compact_node(int nid)
1192 {
1193         struct compact_control cc = {
1194                 .order = -1,
1195                 .sync = true,
1196                 .ignore_skip_hint = true,
1197         };
1198
1199         __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1200 }
1201
1202 /* Compact all nodes in the system */
1203 static void compact_nodes(void)
1204 {
1205         int nid;
1206
1207         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1208         lru_add_drain_all();
1209
1210         for_each_online_node(nid)
1211                 compact_node(nid);
1212 }
1213
1214 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1215 int sysctl_compact_memory;
1216
1217 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1218 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1219                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1220 {
1221         if (write)
1222                 compact_nodes();
1223
1224         return 0;
1225 }
1226
1227 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1228                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1229 {
1230         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1231
1232         return 0;
1233 }
1234
1235 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1236 static ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1237                         struct device_attribute *attr,
1238                         const char *buf, size_t count)
1239 {
1240         int nid = dev->id;
1241
1242         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1243                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1244                 lru_add_drain_all();
1245
1246                 compact_node(nid);
1247         }
1248
1249         return count;
1250 }
1251 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1252
1253 int compaction_register_node(struct node *node)
1254 {
1255         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1256 }
1257
1258 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1259 {
1260         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1261 }
1262 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1263
1264 #endif /* CONFIG_COMPACTION */