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 = ISOLATE_ACTIVE|ISOLATE_INACTIVE;
 230
 231         /*
 232          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 233          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 234          * delay for some time until fewer pages are isolated
 235          */
 236         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 237                 /* async migration should just abort */
 238                 if (cc->mode != COMPACT_SYNC)
 239                         return 0;
 240
 241                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 242
 243                 if (fatal_signal_pending(current))
 244                         return 0;
 245         }
 246
 247         /* Time to isolate some pages for migration */
 248         cond_resched();
 249         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
 250         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 251                 struct page *page;
 252                 bool locked = true;
 253
 254                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
 255                 if (!((low_pfn+1) % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
 256                         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
 257                         locked = false;
 258                 }
 259                 if (need_resched() || spin_is_contended(&zone->lru_lock)) {
 260                         if (locked)
 261                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
 262                         cond_resched();
 263                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
 264                         if (fatal_signal_pending(current))
 265                                 break;
 266                 } else if (!locked)
 267                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
 268
 269                 /*
 270                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
 271                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
 272                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
 273                  * memory holes within the zone
 274                  */
 275                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
 276                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
 277                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
 278                                 continue;
 279                         }
 280                 }
 281
 282                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 283                         continue;
 284                 nr_scanned++;
 285
 286                 /*
 287                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
 288                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
 289                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
 290                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
 291                  */
 292                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 293                 if (page_zone(page) != zone)
 294                         continue;
 295
 296                 /* Skip if free */
 297                 if (PageBuddy(page))
 298                         continue;
 299
 300                 /*
 301                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
 302                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
 303                  * satisfies the allocation
 304                  */
 305                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
 306                 if (cc->mode != COMPACT_SYNC &&
 307                     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->mode != COMPACT_SYNC)
 329                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
 330
 331                 /* Try isolate the page */
 332                 if (__isolate_lru_page(page, mode, 0) != 0)
 333                         continue;
 334
 335                 VM_BUG_ON(PageTransCompound(page));
 336
 337                 /* Successfully isolated */
 338                 del_page_from_lru_list(zone, page, page_lru(page));
 339                 list_add(&page->lru, migratelist);
 340                 cc->nr_migratepages++;
 341                 nr_isolated++;
 342
 343                 /* Avoid isolating too much */
 344                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
 345                         ++low_pfn;
 346                         break;
 347                 }
 348         }
 349
 350         acct_isolated(zone, cc);
 351
 352         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
 353
 354         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 355
 356         return low_pfn;
 357 }
 358
 359 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 360 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 361 /*
 362  * Returns true if MIGRATE_UNMOVABLE pageblock was successfully
 363  * converted to MIGRATE_MOVABLE type, false otherwise.
 364  */
 365 static bool rescue_unmovable_pageblock(struct page *page)
 366 {
 367         unsigned long pfn, start_pfn, end_pfn;
 368         struct page *start_page, *end_page;
 369
 370         pfn = page_to_pfn(page);
 371         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
 372         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages;
 373
 374         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
 375         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
 376
 377         /* Do not deal with pageblocks that overlap zones */
 378         if (page_zone(start_page) != page_zone(end_page))
 379                 return false;
 380
 381         for (page = start_page, pfn = start_pfn; page < end_page; pfn++,
 382                                                                   page++) {
 383                 if (!pfn_valid_within(pfn))
 384                         continue;
 385
 386                 if (PageBuddy(page)) {
 387                         int order = page_order(page);
 388
 389                         pfn += (1 << order) - 1;
 390                         page += (1 << order) - 1;
 391
 392                         continue;
 393                 } else if (page_count(page) == 0 || PageLRU(page))
 394                         continue;
 395
 396                 return false;
 397         }
 398
 399         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
 400         move_freepages_block(page_zone(page), page, MIGRATE_MOVABLE);
 401         return true;
 402 }
 403
 404 enum smt_result {
 405         GOOD_AS_MIGRATION_TARGET,
 406         FAIL_UNMOVABLE_TARGET,
 407         FAIL_BAD_TARGET,
 408 };
 409
 410 /*
 411  * Returns GOOD_AS_MIGRATION_TARGET if the page is within a block
 412  * suitable for migration to, FAIL_UNMOVABLE_TARGET if the page
 413  * is within a MIGRATE_UNMOVABLE block, FAIL_BAD_TARGET otherwise.
 414  */
 415 static enum smt_result suitable_migration_target(struct page *page,
 416                                       struct compact_control *cc)
 417 {
 418
 419         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
 420
 421         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
 422         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
 423                 return FAIL_BAD_TARGET;
 424
 425         /* If the page is a large free page, then allow migration */
 426         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 427                 return GOOD_AS_MIGRATION_TARGET;
 428
 429         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 430         if (cc->mode != COMPACT_ASYNC_UNMOVABLE &&
 431             migrate_async_suitable(migratetype))
 432                 return GOOD_AS_MIGRATION_TARGET;
 433
 434         if (cc->mode == COMPACT_ASYNC_MOVABLE &&
 435             migratetype == MIGRATE_UNMOVABLE)
 436                 return FAIL_UNMOVABLE_TARGET;
 437
 438         if (cc->mode != COMPACT_ASYNC_MOVABLE &&
 439             migratetype == MIGRATE_UNMOVABLE &&
 440             rescue_unmovable_pageblock(page))
 441                 return GOOD_AS_MIGRATION_TARGET;
 442
 443         /* Otherwise skip the block */
 444         return FAIL_BAD_TARGET;
 445 }
 446
 447 /*
 448  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 449  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 450  */
 451 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 452                                 struct compact_control *cc)
 453 {
 454         struct page *page;
 455         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, zone_end_pfn, end_pfn;
 456         unsigned long flags;
 457         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 458         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 459
 460         /*
 461          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 462          * scanned from (or the end of the zone if starting). The low point
 463          * is the end of the pageblock the migration scanner is using.
 464          */
 465         pfn = cc->free_pfn;
 466         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
 467
 468         /*
 469          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
 470          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
 471          * in the next isolation cycle.
 472          */
 473         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
 474
 475         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
 476
 477         /*
 478          * isolate_freepages() may be called more than once during
 479          * compact_zone_order() run and we want only the most recent
 480          * count.
 481          */
 482         cc->nr_pageblocks_skipped = 0;
 483
 484         /*
 485          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 486          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 487          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 488          */
 489         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 490                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
 491                 unsigned long isolated;
 492                 enum smt_result ret;
 493
 494                 if (!pfn_valid(pfn))
 495                         continue;
 496
 497                 /*
 498                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 499                  * configurations to have a setup like
 500                  * node0 node1 node0
 501                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 502                  * pages do not belong to a single zone.
 503                  */
 504                 page = pfn_to_page(pfn);
 505                 if (page_zone(page) != zone)
 506                         continue;
 507
 508                 /* Check the block is suitable for migration */
 509                 ret = suitable_migration_target(page, cc);
 510                 if (ret != GOOD_AS_MIGRATION_TARGET) {
 511                         if (ret == FAIL_UNMOVABLE_TARGET)
 512                                 cc->nr_pageblocks_skipped++;
 513                         continue;
 514                 }
 515                 /*
 516                  * Found a block suitable for isolating free pages from. Now
 517                  * we disabled interrupts, double check things are ok and
 518                  * isolate the pages. This is to minimise the time IRQs
 519                  * are disabled
 520                  */
 521                 isolated = 0;
 522                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
 523                 ret = suitable_migration_target(page, cc);
 524                 if (ret == GOOD_AS_MIGRATION_TARGET) {
 525                         end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, zone_end_pfn);
 526                         isolated = isolate_freepages_block(pfn, end_pfn,
 527                                                            freelist, false);
 528                         nr_freepages += isolated;
 529                 } else if (ret == FAIL_UNMOVABLE_TARGET)
 530                         cc->nr_pageblocks_skipped++;
 531                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
 532
 533                 /*
 534                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 535                  * looking for free pages, the search will restart here as
 536                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 537                  */
 538                 if (isolated)
 539                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
 540         }
 541
 542         /* split_free_page does not map the pages */
 543         map_pages(freelist);
 544
 545         cc->free_pfn = high_pfn;
 546         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 547 }
 548
 549 /*
 550  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 551  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 552  */
 553 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 554                                         unsigned long data,
 555                                         int **result)
 556 {
 557         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 558         struct page *freepage;
 559
 560         /* Isolate free pages if necessary */
 561         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 562                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 563
 564                 if (list_empty(&cc->freepages))
 565                         return NULL;
 566         }
 567
 568         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 569         list_del(&freepage->lru);
 570         cc->nr_freepages--;
 571
 572         return freepage;
 573 }
 574
 575 /*
 576  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
 577  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
 578  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
 579  */
 580 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 581 {
 582         int nr_migratepages = 0;
 583         int nr_freepages = 0;
 584         struct page *page;
 585
 586         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 587                 nr_migratepages++;
 588         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
 589                 nr_freepages++;
 590
 591         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 592         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 593 }
 594
 595 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 596 typedef enum {
 597         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 598         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 599         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 600 } isolate_migrate_t;
 601
 602 /*
 603  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 604  * the migrate scanner within compact_control.
 605  */
 606 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 607                                         struct compact_control *cc)
 608 {
 609         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 610
 611         /* Do not scan outside zone boundaries */
 612         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 613
 614         /* Only scan within a pageblock boundary */
 615         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
 616
 617         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 618         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 619                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 620                 return ISOLATE_NONE;
 621         }
 622
 623         /* Perform the isolation */
 624         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn);
 625         if (!low_pfn)
 626                 return ISOLATE_ABORT;
 627
 628         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 629
 630         return ISOLATE_SUCCESS;
 631 }
 632
 633 static int compact_finished(struct zone *zone,
 634                             struct compact_control *cc)
 635 {
 636         unsigned int order;
 637         unsigned long watermark;
 638
 639         if (fatal_signal_pending(current))
 640                 return COMPACT_PARTIAL;
 641
 642         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 643         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn)
 644                 return COMPACT_COMPLETE;
 645
 646         /*
 647          * order == -1 is expected when compacting via
 648          * /proc/sys/vm/compact_memory
 649          */
 650         if (cc->order == -1)
 651                 return COMPACT_CONTINUE;
 652
 653         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 654         watermark = low_wmark_pages(zone);
 655         watermark += (1 << cc->order);
 656
 657         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 658                 return COMPACT_CONTINUE;
 659
 660         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 661         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 662                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
 663                 if (!list_empty(&zone->free_area[order].free_list[cc->migratetype]))
 664                         return COMPACT_PARTIAL;
 665
 666                 /* Job done if allocation would set block type */
 667                 if (order >= pageblock_order && zone->free_area[order].nr_free)
 668                         return COMPACT_PARTIAL;
 669         }
 670
 671         return COMPACT_CONTINUE;
 672 }
 673
 674 /*
 675  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 676  * Returns
 677  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 678  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 679  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 680  */
 681 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 682 {
 683         int fragindex;
 684         unsigned long watermark;
 685
 686         /*
 687          * order == -1 is expected when compacting via
 688          * /proc/sys/vm/compact_memory
 689          */
 690         if (order == -1)
 691                 return COMPACT_CONTINUE;
 692
 693         /*
 694          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 695          * This is because during migration, copies of pages need to be
 696          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 697          */
 698         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 699         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 700                 return COMPACT_SKIPPED;
 701
 702         /*
 703          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 704          * low memory or external fragmentation
 705          *
 706          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 707          * watermarks
 708          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 709          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 710          *
 711          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 712          */
 713         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 714         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 715                 return COMPACT_SKIPPED;
 716
 717         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 718             0, 0))
 719                 return COMPACT_PARTIAL;
 720
 721         return COMPACT_CONTINUE;
 722 }
 723
 724 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 725 {
 726         int ret;
 727
 728         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
 729         switch (ret) {
 730         case COMPACT_PARTIAL:
 731         case COMPACT_SKIPPED:
 732                 /* Compaction is likely to fail */
 733                 return ret;
 734         case COMPACT_CONTINUE:
 735                 /* Fall through to compaction */
 736                 ;
 737         }
 738
 739         /* Setup to move all movable pages to the end of the zone */
 740         cc->migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
 741         cc->free_pfn = cc->migrate_pfn + zone->spanned_pages;
 742         cc->free_pfn &= ~(pageblock_nr_pages-1);
 743
 744         migrate_prep_local();
 745
 746         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
 747                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
 748                 int err;
 749
 750                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
 751                 case ISOLATE_ABORT:
 752                         ret = COMPACT_PARTIAL;
 753                         goto out;
 754                 case ISOLATE_NONE:
 755                         continue;
 756                 case ISOLATE_SUCCESS:
 757                         ;
 758                 }
 759
 760                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
 761                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
 762                         (unsigned long)&cc->freepages, false,
 763                         (cc->mode == COMPACT_SYNC) ? MIGRATE_SYNC_LIGHT
 764                                                       : MIGRATE_ASYNC);
 765                 update_nr_listpages(cc);
 766                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
 767
 768                 count_vm_event(COMPACTBLOCKS);
 769                 count_vm_events(COMPACTPAGES, nr_migrate - nr_remaining);
 770                 if (nr_remaining)
 771                         count_vm_events(COMPACTPAGEFAILED, nr_remaining);
 772                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
 773                                                 nr_remaining);
 774
 775                 /* Release LRU pages not migrated */
 776                 if (err) {
 777                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
 778                         cc->nr_migratepages = 0;
 779                 }
 780
 781         }
 782
 783 out:
 784         /* Release free pages and check accounting */
 785         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
 786         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
 787
 788         return ret;
 789 }
 790
 791 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
 792                                  int order, gfp_t gfp_mask,
 793                                  enum compact_mode mode,
 794                                  unsigned long *nr_pageblocks_skipped)
 795 {
 796         struct compact_control cc = {
 797                 .nr_freepages = 0,
 798                 .nr_migratepages = 0,
 799                 .order = order,
 800                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
 801                 .zone = zone,
 802                 .mode = mode,
 803         };
 804         unsigned long rc;
 805
 806         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
 807         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
 808
 809         rc = compact_zone(zone, &cc);
 810         *nr_pageblocks_skipped = cc.nr_pageblocks_skipped;
 811
 812         return rc;
 813 }
 814
 815 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
 816
 817 /**
 818  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
 819  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
 820  * @order: The order of the current allocation
 821  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
 822  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
 823  * @sync: Whether migration is synchronous or not
 824  *
 825  * This is the main entry point for direct page compaction.
 826  */
 827 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
 828                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
 829                         bool sync)
 830 {
 831         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
 832         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
 833         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
 834         struct zoneref *z;
 835         struct zone *zone;
 836         int rc = COMPACT_SKIPPED;
 837         unsigned long nr_pageblocks_skipped;
 838         enum compact_mode mode;
 839
 840         /*
 841          * Check whether it is worth even starting compaction. The order check is
 842          * made because an assumption is made that the page allocator can satisfy
 843          * the "cheaper" orders without taking special steps
 844          */
 845         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
 846                 return rc;
 847
 848         count_vm_event(COMPACTSTALL);
 849
 850         /* Compact each zone in the list */
 851         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
 852                                                                 nodemask) {
 853                 int status;
 854
 855                 mode = sync ? COMPACT_SYNC : COMPACT_ASYNC_MOVABLE;
 856 retry:
 857                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, mode,
 858                                                 &nr_pageblocks_skipped);
 859                 rc = max(status, rc);
 860
 861                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
 862                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0, 0))
 863                         break;
 864
 865                 if (rc == COMPACT_COMPLETE && mode == COMPACT_ASYNC_MOVABLE) {
 866                         if (nr_pageblocks_skipped) {
 867                                 mode = COMPACT_ASYNC_UNMOVABLE;
 868                                 goto retry;
 869                         }
 870                 }
 871         }
 872
 873         return rc;
 874 }
 875
 876
 877 /* Compact all zones within a node */
 878 static int __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
 879 {
 880         int zoneid;
 881         struct zone *zone;
 882
 883         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
 884
 885                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
 886                 if (!populated_zone(zone))
 887                         continue;
 888
 889                 cc->nr_freepages = 0;
 890                 cc->nr_migratepages = 0;
 891                 cc->zone = zone;
 892                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
 893                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
 894
 895                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
 896                         compact_zone(zone, cc);
 897
 898                 if (cc->order > 0) {
 899                         int ok = zone_watermark_ok(zone, cc->order,
 900                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0);
 901                         if (ok && cc->order > zone->compact_order_failed)
 902                                 zone->compact_order_failed = cc->order + 1;
 903                         /* Currently async compaction is never deferred. */
 904                         else if (!ok && cc->mode == COMPACT_SYNC)
 905                                 defer_compaction(zone, cc->order);
 906                 }
 907
 908                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
 909                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
 910         }
 911
 912         return 0;
 913 }
 914
 915 int compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
 916 {
 917         struct compact_control cc = {
 918                 .order = order,
 919                 .mode = COMPACT_ASYNC_MOVABLE,
 920         };
 921
 922         return __compact_pgdat(pgdat, &cc);
 923 }
 924
 925 static int compact_node(int nid)
 926 {
 927         struct compact_control cc = {
 928                 .order = -1,
 929                 .mode = COMPACT_SYNC,
 930         };
 931
 932         return __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
 933 }
 934
 935 /* Compact all nodes in the system */
 936 static int compact_nodes(void)
 937 {
 938         int nid;
 939
 940         /* Flush pending updates to the LRU lists */
 941         lru_add_drain_all();
 942
 943         for_each_online_node(nid)
 944                 compact_node(nid);
 945
 946         return COMPACT_COMPLETE;
 947 }
 948
 949 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
 950 int sysctl_compact_memory;
 951
 952 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
 953 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
 954                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
 955 {
 956         if (write)
 957                 return compact_nodes();
 958
 959         return 0;
 960 }
 961
 962 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
 963                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
 964 {
 965         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
 966
 967         return 0;
 968 }
 969
 970 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
 971 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
 972                         struct device_attribute *attr,
 973                         const char *buf, size_t count)
 974 {
 975         int nid = dev->id;
 976
 977         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
 978                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
 979                 lru_add_drain_all();
 980
 981                 compact_node(nid);
 982         }
 983
 984         return count;
 985 }
 986 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
 987
 988 int compaction_register_node(struct node *node)
 989 {
 990         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
 991 }
 992
 993 void compaction_unregister_node(struct node *node)
 994 {
 995         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
 996 }
 997 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
 998
 999 #endif /* CONFIG_COMPACTION */