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 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
  20
  21 #define CREATE_TRACE_POINTS
  22 #include <trace/events/compaction.h>
  23
  24 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
  25 {
  26         struct page *page, *next;
  27         unsigned long count = 0;
  28
  29         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
  30                 list_del(&page->lru);
  31                 __free_page(page);
  32                 count++;
  33         }
  34
  35         return count;
  36 }
  37
  38 static void map_pages(struct list_head *list)
  39 {
  40         struct page *page;
  41
  42         list_for_each_entry(page, list, lru) {
  43                 arch_alloc_page(page, 0);
  44                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
  45         }
  46 }
  47
  48 static inline bool migrate_async_suitable(int migratetype)
  49 {
  50         return is_migrate_cma(migratetype) || migratetype == MIGRATE_MOVABLE;
  51 }
  52
  53 /*
  54  * Isolate free pages onto a private freelist. Caller must hold zone->lock.
  55  * If @strict is true, will abort returning 0 on any invalid PFNs or non-free
  56  * pages inside of the pageblock (even though it may still end up isolating
  57  * some pages).
  58  */
  59 static unsigned long isolate_freepages_block(unsigned long blockpfn,
  60                                 unsigned long end_pfn,
  61                                 struct list_head *freelist,
  62                                 bool strict)
  63 {
  64         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
  65         struct page *cursor;
  66
  67         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
  68
  69         /* Isolate free pages. This assumes the block is valid */
  70         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
  71                 int isolated, i;
  72                 struct page *page = cursor;
  73
  74                 if (!pfn_valid_within(blockpfn)) {
  75                         if (strict)
  76                                 return 0;
  77                         continue;
  78                 }
  79                 nr_scanned++;
  80
  81                 if (!PageBuddy(page)) {
  82                         if (strict)
  83                                 return 0;
  84                         continue;
  85                 }
  86
  87                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
  88                 isolated = split_free_page(page);
  89                 if (!isolated && strict)
  90                         return 0;
  91                 total_isolated += isolated;
  92                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
  93                         list_add(&page->lru, freelist);
  94                         page++;
  95                 }
  96
  97                 /* If a page was split, advance to the end of it */
  98                 if (isolated) {
  99                         blockpfn += isolated - 1;
 100                         cursor += isolated - 1;
 101                 }
 102         }
 103
 104         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
 105         return total_isolated;
 106 }
 107
 108 /**
 109  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
 110  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 111  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 112  *
 113  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
 114  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
 115  * undo its actions and return zero.
 116  *
 117  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
 118  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
 119  * a free page).
 120  */
 121 unsigned long
 122 isolate_freepages_range(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 123 {
 124         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn, flags;
 125         struct zone *zone = NULL;
 126         LIST_HEAD(freelist);
 127
 128         if (pfn_valid(start_pfn))
 129                 zone = page_zone(pfn_to_page(start_pfn));
 130
 131         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
 132                 if (!pfn_valid(pfn) || zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
 133                         break;
 134
 135                 /*
 136                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
 137                  * but we keep it that we not to complicate the code.
 138                  */
 139                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 140                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
 141
 142                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
 143                 isolated = isolate_freepages_block(pfn, block_end_pfn,
 144                                                    &freelist, true);
 145                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
 146
 147                 /*
 148                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
 149                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
 150                  * non-free pages).
 151                  */
 152                 if (!isolated)
 153                         break;
 154
 155                 /*
 156                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
 157                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
 158                  * page may span two pageblocks).
 159                  */
 160         }
 161
 162         /* split_free_page does not map the pages */
 163         map_pages(&freelist);
 164
 165         if (pfn < end_pfn) {
 166                 /* Loop terminated early, cleanup. */
 167                 release_freepages(&freelist);
 168                 return 0;
 169         }
 170
 171         /* We don't use freelists for anything. */
 172         return pfn;
 173 }
 174
 175 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 176 static void acct_isolated(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 177 {
 178         struct page *page;
 179         unsigned int count[2] = { 0, };
 180
 181         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 182                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
 183
 184         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 185         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 186 }
 187
 188 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 189 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 190 {
 191         unsigned long active, inactive, isolated;
 192
 193         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 194                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 195         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
 196                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
 197         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 198                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 199
 200         return isolated > (inactive + active) / 2;
 201 }
 202
 203 /**
 204  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
 205  * @zone:       Zone pages are in.
 206  * @cc:         Compaction control structure.
 207  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
 208  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
 209  *
 210  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
 211  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
 212  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
 213  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
 214  *
 215  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
 216  * zero.
 217  *
 218  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
 219  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
 220  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
 221  */
 222 unsigned long
 223 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
 224                            unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn)
 225 {
 226         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
 227         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
 228         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 229         isolate_mode_t mode = 0;
 230         struct lruvec *lruvec;
 231
 232         /*
 233          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 234          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 235          * delay for some time until fewer pages are isolated
 236          */
 237         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 238                 /* async migration should just abort */
 239                 if (!cc->sync)
 240                         return 0;
 241
 242                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 243
 244                 if (fatal_signal_pending(current))
 245                         return 0;
 246         }
 247
 248         /* Time to isolate some pages for migration */
 249         cond_resched();
 250         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
 251         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 252                 struct page *page;
 253                 bool locked = true;
 254
 255                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
 256                 if (!((low_pfn+1) % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
 257                         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
 258                         locked = false;
 259                 }
 260                 if (need_resched() || spin_is_contended(&zone->lru_lock)) {
 261                         if (locked)
 262                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
 263                         cond_resched();
 264                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
 265                         if (fatal_signal_pending(current))
 266                                 break;
 267                 } else if (!locked)
 268                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
 269
 270                 /*
 271                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
 272                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
 273                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
 274                  * memory holes within the zone
 275                  */
 276                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
 277                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
 278                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
 279                                 continue;
 280                         }
 281                 }
 282
 283                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 284                         continue;
 285                 nr_scanned++;
 286
 287                 /*
 288                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
 289                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
 290                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
 291                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
 292                  */
 293                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 294                 if (page_zone(page) != zone)
 295                         continue;
 296
 297                 /* Skip if free */
 298                 if (PageBuddy(page))
 299                         continue;
 300
 301                 /*
 302                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
 303                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
 304                  * satisfies the allocation
 305                  */
 306                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
 307                 if (!cc->sync && last_pageblock_nr != pageblock_nr &&
 308                     !migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page))) {
 309                         low_pfn += pageblock_nr_pages;
 310                         low_pfn = ALIGN(low_pfn, pageblock_nr_pages) - 1;
 311                         last_pageblock_nr = pageblock_nr;
 312                         continue;
 313                 }
 314
 315                 if (!PageLRU(page))
 316                         continue;
 317
 318                 /*
 319                  * PageLRU is set, and lru_lock excludes isolation,
 320                  * splitting and collapsing (collapsing has already
 321                  * happened if PageLRU is set).
 322                  */
 323                 if (PageTransHuge(page)) {
 324                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 325                         continue;
 326                 }
 327
 328                 if (!cc->sync)
 329                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
 330
 331                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 332
 333                 /* Try isolate the page */
 334                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
 335                         continue;
 336
 337                 VM_BUG_ON(PageTransCompound(page));
 338
 339                 /* Successfully isolated */
 340                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
 341                 list_add(&page->lru, migratelist);
 342                 cc->nr_migratepages++;
 343                 nr_isolated++;
 344
 345                 /* Avoid isolating too much */
 346                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
 347                         ++low_pfn;
 348                         break;
 349                 }
 350         }
 351
 352         acct_isolated(zone, cc);
 353
 354         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
 355
 356         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 357
 358         return low_pfn;
 359 }
 360
 361 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 362 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 363
 364 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
 365 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
 366 {
 367
 368         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
 369
 370         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
 371         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
 372                 return false;
 373
 374         /* If the page is a large free page, then allow migration */
 375         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 376                 return true;
 377
 378         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 379         if (migrate_async_suitable(migratetype))
 380                 return true;
 381
 382         /* Otherwise skip the block */
 383         return false;
 384 }
 385
 386 /*
 387  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 388  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 389  */
 390 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 391                                 struct compact_control *cc)
 392 {
 393         struct page *page;
 394         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, zone_end_pfn, end_pfn;
 395         unsigned long flags;
 396         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 397         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 398
 399         /*
 400          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 401          * scanned from (or the end of the zone if starting). The low point
 402          * is the end of the pageblock the migration scanner is using.
 403          */
 404         pfn = cc->free_pfn;
 405         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
 406
 407         /*
 408          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
 409          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
 410          * in the next isolation cycle.
 411          */
 412         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
 413
 414         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
 415
 416         /*
 417          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 418          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 419          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 420          */
 421         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 422                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
 423                 unsigned long isolated;
 424
 425                 /*
 426                  * Skip ahead if another thread is compacting in the area
 427                  * simultaneously. If we wrapped around, we can only skip
 428                  * ahead if zone->compact_cached_free_pfn also wrapped to
 429                  * above our starting point.
 430                  */
 431                 if (cc->order > 0 && (!cc->wrapped ||
 432                                       zone->compact_cached_free_pfn >
 433                                       cc->start_free_pfn))
 434                         pfn = min(pfn, zone->compact_cached_free_pfn);
 435
 436                 if (!pfn_valid(pfn))
 437                         continue;
 438
 439                 /*
 440                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 441                  * configurations to have a setup like
 442                  * node0 node1 node0
 443                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 444                  * pages do not belong to a single zone.
 445                  */
 446                 page = pfn_to_page(pfn);
 447                 if (page_zone(page) != zone)
 448                         continue;
 449
 450                 /* Check the block is suitable for migration */
 451                 if (!suitable_migration_target(page))
 452                         continue;
 453
 454                 /*
 455                  * Found a block suitable for isolating free pages from. Now
 456                  * we disabled interrupts, double check things are ok and
 457                  * isolate the pages. This is to minimise the time IRQs
 458                  * are disabled
 459                  */
 460                 isolated = 0;
 461                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
 462                 if (suitable_migration_target(page)) {
 463                         end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, zone_end_pfn);
 464                         isolated = isolate_freepages_block(pfn, end_pfn,
 465                                                            freelist, false);
 466                         nr_freepages += isolated;
 467                 }
 468                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
 469
 470                 /*
 471                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 472                  * looking for free pages, the search will restart here as
 473                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 474                  */
 475                 if (isolated) {
 476                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
 477                         if (cc->order > 0)
 478                                 zone->compact_cached_free_pfn = high_pfn;
 479                 }
 480         }
 481
 482         /* split_free_page does not map the pages */
 483         map_pages(freelist);
 484
 485         cc->free_pfn = high_pfn;
 486         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 487 }
 488
 489 /*
 490  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 491  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 492  */
 493 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 494                                         unsigned long data,
 495                                         int **result)
 496 {
 497         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 498         struct page *freepage;
 499
 500         /* Isolate free pages if necessary */
 501         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 502                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 503
 504                 if (list_empty(&cc->freepages))
 505                         return NULL;
 506         }
 507
 508         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 509         list_del(&freepage->lru);
 510         cc->nr_freepages--;
 511
 512         return freepage;
 513 }
 514
 515 /*
 516  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
 517  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
 518  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
 519  */
 520 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 521 {
 522         int nr_migratepages = 0;
 523         int nr_freepages = 0;
 524         struct page *page;
 525
 526         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 527                 nr_migratepages++;
 528         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
 529                 nr_freepages++;
 530
 531         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 532         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 533 }
 534
 535 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 536 typedef enum {
 537         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 538         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 539         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 540 } isolate_migrate_t;
 541
 542 /*
 543  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 544  * the migrate scanner within compact_control.
 545  */
 546 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 547                                         struct compact_control *cc)
 548 {
 549         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 550
 551         /* Do not scan outside zone boundaries */
 552         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 553
 554         /* Only scan within a pageblock boundary */
 555         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
 556
 557         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 558         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 559                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 560                 return ISOLATE_NONE;
 561         }
 562
 563         /* Perform the isolation */
 564         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn);
 565         if (!low_pfn)
 566                 return ISOLATE_ABORT;
 567
 568         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 569
 570         return ISOLATE_SUCCESS;
 571 }
 572
 573 /*
 574  * Returns the start pfn of the last page block in a zone.  This is the starting
 575  * point for full compaction of a zone.  Compaction searches for free pages from
 576  * the end of each zone, while isolate_freepages_block scans forward inside each
 577  * page block.
 578  */
 579 static unsigned long start_free_pfn(struct zone *zone)
 580 {
 581         unsigned long free_pfn;
 582         free_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
 583         free_pfn &= ~(pageblock_nr_pages-1);
 584         return free_pfn;
 585 }
 586
 587 static int compact_finished(struct zone *zone,
 588                             struct compact_control *cc)
 589 {
 590         unsigned int order;
 591         unsigned long watermark;
 592
 593         if (fatal_signal_pending(current))
 594                 return COMPACT_PARTIAL;
 595
 596         /*
 597          * A full (order == -1) compaction run starts at the beginning and
 598          * end of a zone; it completes when the migrate and free scanner meet.
 599          * A partial (order > 0) compaction can start with the free scanner
 600          * at a random point in the zone, and may have to restart.
 601          */
 602         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
 603                 if (cc->order > 0 && !cc->wrapped) {
 604                         /* We started partway through; restart at the end. */
 605                         unsigned long free_pfn = start_free_pfn(zone);
 606                         zone->compact_cached_free_pfn = free_pfn;
 607                         cc->free_pfn = free_pfn;
 608                         cc->wrapped = 1;
 609                         return COMPACT_CONTINUE;
 610                 }
 611                 return COMPACT_COMPLETE;
 612         }
 613
 614         /* We wrapped around and ended up where we started. */
 615         if (cc->wrapped && cc->free_pfn <= cc->start_free_pfn)
 616                 return COMPACT_COMPLETE;
 617
 618         /*
 619          * order == -1 is expected when compacting via
 620          * /proc/sys/vm/compact_memory
 621          */
 622         if (cc->order == -1)
 623                 return COMPACT_CONTINUE;
 624
 625         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 626         watermark = low_wmark_pages(zone);
 627         watermark += (1 << cc->order);
 628
 629         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 630                 return COMPACT_CONTINUE;
 631
 632         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 633         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 634                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
 635                 if (!list_empty(&zone->free_area[order].free_list[cc->migratetype]))
 636                         return COMPACT_PARTIAL;
 637
 638                 /* Job done if allocation would set block type */
 639                 if (order >= pageblock_order && zone->free_area[order].nr_free)
 640                         return COMPACT_PARTIAL;
 641         }
 642
 643         return COMPACT_CONTINUE;
 644 }
 645
 646 /*
 647  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 648  * Returns
 649  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 650  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 651  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 652  */
 653 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 654 {
 655         int fragindex;
 656         unsigned long watermark;
 657
 658         /*
 659          * order == -1 is expected when compacting via
 660          * /proc/sys/vm/compact_memory
 661          */
 662         if (order == -1)
 663                 return COMPACT_CONTINUE;
 664
 665         /*
 666          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 667          * This is because during migration, copies of pages need to be
 668          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 669          */
 670         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 671         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 672                 return COMPACT_SKIPPED;
 673
 674         /*
 675          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 676          * low memory or external fragmentation
 677          *
 678          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 679          * watermarks
 680          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 681          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 682          *
 683          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 684          */
 685         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 686         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 687                 return COMPACT_SKIPPED;
 688
 689         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 690             0, 0))
 691                 return COMPACT_PARTIAL;
 692
 693         return COMPACT_CONTINUE;
 694 }
 695
 696 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 697 {
 698         int ret;
 699
 700         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
 701         switch (ret) {
 702         case COMPACT_PARTIAL:
 703         case COMPACT_SKIPPED:
 704                 /* Compaction is likely to fail */
 705                 return ret;
 706         case COMPACT_CONTINUE:
 707                 /* Fall through to compaction */
 708                 ;
 709         }
 710
 711         /* Setup to move all movable pages to the end of the zone */
 712         cc->migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
 713
 714         if (cc->order > 0) {
 715                 /* Incremental compaction. Start where the last one stopped. */
 716                 cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
 717                 cc->start_free_pfn = cc->free_pfn;
 718         } else {
 719                 /* Order == -1 starts at the end of the zone. */
 720                 cc->free_pfn = start_free_pfn(zone);
 721         }
 722
 723         migrate_prep_local();
 724
 725         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
 726                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
 727                 int err;
 728
 729                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
 730                 case ISOLATE_ABORT:
 731                         ret = COMPACT_PARTIAL;
 732                         goto out;
 733                 case ISOLATE_NONE:
 734                         continue;
 735                 case ISOLATE_SUCCESS:
 736                         ;
 737                 }
 738
 739                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
 740                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
 741                                 (unsigned long)cc, false,
 742                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC);
 743                 update_nr_listpages(cc);
 744                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
 745
 746                 count_vm_event(COMPACTBLOCKS);
 747                 count_vm_events(COMPACTPAGES, nr_migrate - nr_remaining);
 748                 if (nr_remaining)
 749                         count_vm_events(COMPACTPAGEFAILED, nr_remaining);
 750                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
 751                                                 nr_remaining);
 752
 753                 /* Release LRU pages not migrated */
 754                 if (err) {
 755                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
 756                         cc->nr_migratepages = 0;
 757                         if (err == -ENOMEM) {
 758                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
 759                                 goto out;
 760                         }
 761                 }
 762         }
 763
 764 out:
 765         /* Release free pages and check accounting */
 766         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
 767         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
 768
 769         return ret;
 770 }
 771
 772 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
 773                                  int order, gfp_t gfp_mask,
 774                                  bool sync)
 775 {
 776         struct compact_control cc = {
 777                 .nr_freepages = 0,
 778                 .nr_migratepages = 0,
 779                 .order = order,
 780                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
 781                 .zone = zone,
 782                 .sync = sync,
 783         };
 784         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
 785         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
 786
 787         return compact_zone(zone, &cc);
 788 }
 789
 790 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
 791
 792 /**
 793  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
 794  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
 795  * @order: The order of the current allocation
 796  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
 797  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
 798  * @sync: Whether migration is synchronous or not
 799  *
 800  * This is the main entry point for direct page compaction.
 801  */
 802 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
 803                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
 804                         bool sync)
 805 {
 806         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
 807         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
 808         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
 809         struct zoneref *z;
 810         struct zone *zone;
 811         int rc = COMPACT_SKIPPED;
 812
 813         /*
 814          * Check whether it is worth even starting compaction. The order check is
 815          * made because an assumption is made that the page allocator can satisfy
 816          * the "cheaper" orders without taking special steps
 817          */
 818         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
 819                 return rc;
 820
 821         count_vm_event(COMPACTSTALL);
 822
 823         /* Compact each zone in the list */
 824         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
 825                                                                 nodemask) {
 826                 int status;
 827
 828                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync);
 829                 rc = max(status, rc);
 830
 831                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
 832                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0, 0))
 833                         break;
 834         }
 835
 836         return rc;
 837 }
 838
 839
 840 /* Compact all zones within a node */
 841 static int __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
 842 {
 843         int zoneid;
 844         struct zone *zone;
 845
 846         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
 847
 848                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
 849                 if (!populated_zone(zone))
 850                         continue;
 851
 852                 cc->nr_freepages = 0;
 853                 cc->nr_migratepages = 0;
 854                 cc->zone = zone;
 855                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
 856                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
 857
 858                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
 859                         compact_zone(zone, cc);
 860
 861                 if (cc->order > 0) {
 862                         int ok = zone_watermark_ok(zone, cc->order,
 863                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0);
 864                         if (ok && cc->order > zone->compact_order_failed)
 865                                 zone->compact_order_failed = cc->order + 1;
 866                         /* Currently async compaction is never deferred. */
 867                         else if (!ok && cc->sync)
 868                                 defer_compaction(zone, cc->order);
 869                 }
 870
 871                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
 872                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
 873         }
 874
 875         return 0;
 876 }
 877
 878 int compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
 879 {
 880         struct compact_control cc = {
 881                 .order = order,
 882                 .sync = false,
 883         };
 884
 885         return __compact_pgdat(pgdat, &cc);
 886 }
 887
 888 static int compact_node(int nid)
 889 {
 890         struct compact_control cc = {
 891                 .order = -1,
 892                 .sync = true,
 893         };
 894
 895         return __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
 896 }
 897
 898 /* Compact all nodes in the system */
 899 static int compact_nodes(void)
 900 {
 901         int nid;
 902
 903         /* Flush pending updates to the LRU lists */
 904         lru_add_drain_all();
 905
 906         for_each_online_node(nid)
 907                 compact_node(nid);
 908
 909         return COMPACT_COMPLETE;
 910 }
 911
 912 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
 913 int sysctl_compact_memory;
 914
 915 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
 916 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
 917                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
 918 {
 919         if (write)
 920                 return compact_nodes();
 921
 922         return 0;
 923 }
 924
 925 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
 926                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
 927 {
 928         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
 929
 930         return 0;
 931 }
 932
 933 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
 934 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
 935                         struct device_attribute *attr,
 936                         const char *buf, size_t count)
 937 {
 938         int nid = dev->id;
 939
 940         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
 941                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
 942                 lru_add_drain_all();
 943
 944                 compact_node(nid);
 945         }
 946
 947         return count;
 948 }
 949 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
 950
 951 int compaction_register_node(struct node *node)
 952 {
 953         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
 954 }
 955
 956 void compaction_unregister_node(struct node *node)
 957 {
 958         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
 959 }
 960 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
 961
 962 #endif /* CONFIG_COMPACTION */