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 "internal.h"
  17
  18 /*
  19  * compact_control is used to track pages being migrated and the free pages
  20  * they are being migrated to during memory compaction. The free_pfn starts
  21  * at the end of a zone and migrate_pfn begins at the start. Movable pages
  22  * are moved to the end of a zone during a compaction run and the run
  23  * completes when free_pfn <= migrate_pfn
  24  */
  25 struct compact_control {
  26         struct list_head freepages;     /* List of free pages to migrate to */
  27         struct list_head migratepages;  /* List of pages being migrated */
  28         unsigned long nr_freepages;     /* Number of isolated free pages */
  29         unsigned long nr_migratepages;  /* Number of pages to migrate */
  30         unsigned long free_pfn;         /* isolate_freepages search base */
  31         unsigned long migrate_pfn;      /* isolate_migratepages search base */
  32
  33         /* Account for isolated anon and file pages */
  34         unsigned long nr_anon;
  35         unsigned long nr_file;
  36
  37         struct zone *zone;
  38 };
  39
  40 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
  41 {
  42         struct page *page, *next;
  43         unsigned long count = 0;
  44
  45         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
  46                 list_del(&page->lru);
  47                 __free_page(page);
  48                 count++;
  49         }
  50
  51         return count;
  52 }
  53
  54 /* Isolate free pages onto a private freelist. Must hold zone->lock */
  55 static unsigned long isolate_freepages_block(struct zone *zone,
  56                                 unsigned long blockpfn,
  57                                 struct list_head *freelist)
  58 {
  59         unsigned long zone_end_pfn, end_pfn;
  60         int total_isolated = 0;
  61         struct page *cursor;
  62
  63         /* Get the last PFN we should scan for free pages at */
  64         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
  65         end_pfn = min(blockpfn + pageblock_nr_pages, zone_end_pfn);
  66
  67         /* Find the first usable PFN in the block to initialse page cursor */
  68         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++) {
  69                 if (pfn_valid_within(blockpfn))
  70                         break;
  71         }
  72         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
  73
  74         /* Isolate free pages. This assumes the block is valid */
  75         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
  76                 int isolated, i;
  77                 struct page *page = cursor;
  78
  79                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
  80                         continue;
  81
  82                 if (!PageBuddy(page))
  83                         continue;
  84
  85                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
  86                 isolated = split_free_page(page);
  87                 total_isolated += isolated;
  88                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
  89                         list_add(&page->lru, freelist);
  90                         page++;
  91                 }
  92
  93                 /* If a page was split, advance to the end of it */
  94                 if (isolated) {
  95                         blockpfn += isolated - 1;
  96                         cursor += isolated - 1;
  97                 }
  98         }
  99
 100         return total_isolated;
 101 }
 102
 103 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
 104 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
 105 {
 106
 107         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
 108
 109         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
 110         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
 111                 return false;
 112
 113         /* If the page is a large free page, then allow migration */
 114         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 115                 return true;
 116
 117         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE, allow migration */
 118         if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
 119                 return true;
 120
 121         /* Otherwise skip the block */
 122         return false;
 123 }
 124
 125 /*
 126  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 127  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 128  */
 129 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 130                                 struct compact_control *cc)
 131 {
 132         struct page *page;
 133         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn;
 134         unsigned long flags;
 135         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 136         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 137
 138         pfn = cc->free_pfn;
 139         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
 140         high_pfn = low_pfn;
 141
 142         /*
 143          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 144          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 145          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 146          */
 147         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
 148         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 149                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
 150                 unsigned long isolated;
 151
 152                 if (!pfn_valid(pfn))
 153                         continue;
 154
 155                 /*
 156                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 157                  * configurations to have a setup like
 158                  * node0 node1 node0
 159                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 160                  * pages do not belong to a single zone.
 161                  */
 162                 page = pfn_to_page(pfn);
 163                 if (page_zone(page) != zone)
 164                         continue;
 165
 166                 /* Check the block is suitable for migration */
 167                 if (!suitable_migration_target(page))
 168                         continue;
 169
 170                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
 171                 isolated = isolate_freepages_block(zone, pfn, freelist);
 172                 nr_freepages += isolated;
 173
 174                 /*
 175                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 176                  * looking for free pages, the search will restart here as
 177                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 178                  */
 179                 if (isolated)
 180                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
 181         }
 182         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
 183
 184         /* split_free_page does not map the pages */
 185         list_for_each_entry(page, freelist, lru) {
 186                 arch_alloc_page(page, 0);
 187                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
 188         }
 189
 190         cc->free_pfn = high_pfn;
 191         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 192 }
 193
 194 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 195 static void acct_isolated(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 196 {
 197         struct page *page;
 198         unsigned int count[NR_LRU_LISTS] = { 0, };
 199
 200         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru) {
 201                 int lru = page_lru_base_type(page);
 202                 count[lru]++;
 203         }
 204
 205         cc->nr_anon = count[LRU_ACTIVE_ANON] + count[LRU_INACTIVE_ANON];
 206         cc->nr_file = count[LRU_ACTIVE_FILE] + count[LRU_INACTIVE_FILE];
 207         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, cc->nr_anon);
 208         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, cc->nr_file);
 209 }
 210
 211 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 212 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 213 {
 214
 215         unsigned long inactive, isolated;
 216
 217         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 218                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 219         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 220                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 221
 222         return isolated > inactive;
 223 }
 224
 225 /*
 226  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 227  * the migrate scanner within compact_control.
 228  */
 229 static unsigned long isolate_migratepages(struct zone *zone,
 230                                         struct compact_control *cc)
 231 {
 232         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 233         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 234
 235         /* Do not scan outside zone boundaries */
 236         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 237
 238         /* Only scan within a pageblock boundary */
 239         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
 240
 241         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 242         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 243                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 244                 return 0;
 245         }
 246
 247         /*
 248          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 249          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 250          * delay for some time until fewer pages are isolated
 251          */
 252         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 253                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 254
 255                 if (fatal_signal_pending(current))
 256                         return 0;
 257         }
 258
 259         /* Time to isolate some pages for migration */
 260         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
 261         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 262                 struct page *page;
 263                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 264                         continue;
 265
 266                 /* Get the page and skip if free */
 267                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 268                 if (PageBuddy(page))
 269                         continue;
 270
 271                 /* Try isolate the page */
 272                 if (__isolate_lru_page(page, ISOLATE_BOTH, 0) != 0)
 273                         continue;
 274
 275                 /* Successfully isolated */
 276                 del_page_from_lru_list(zone, page, page_lru(page));
 277                 list_add(&page->lru, migratelist);
 278                 mem_cgroup_del_lru(page);
 279                 cc->nr_migratepages++;
 280
 281                 /* Avoid isolating too much */
 282                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX)
 283                         break;
 284         }
 285
 286         acct_isolated(zone, cc);
 287
 288         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
 289         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 290
 291         return cc->nr_migratepages;
 292 }
 293
 294 /*
 295  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 296  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 297  */
 298 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 299                                         unsigned long data,
 300                                         int **result)
 301 {
 302         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 303         struct page *freepage;
 304
 305         /* Isolate free pages if necessary */
 306         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 307                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 308
 309                 if (list_empty(&cc->freepages))
 310                         return NULL;
 311         }
 312
 313         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 314         list_del(&freepage->lru);
 315         cc->nr_freepages--;
 316
 317         return freepage;
 318 }
 319
 320 /*
 321  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
 322  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
 323  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
 324  */
 325 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 326 {
 327         int nr_migratepages = 0;
 328         int nr_freepages = 0;
 329         struct page *page;
 330
 331         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 332                 nr_migratepages++;
 333         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
 334                 nr_freepages++;
 335
 336         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 337         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 338 }
 339
 340 static int compact_finished(struct zone *zone,
 341                                                 struct compact_control *cc)
 342 {
 343         if (fatal_signal_pending(current))
 344                 return COMPACT_PARTIAL;
 345
 346         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 347         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn)
 348                 return COMPACT_COMPLETE;
 349
 350         return COMPACT_CONTINUE;
 351 }
 352
 353 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 354 {
 355         int ret;
 356
 357         /* Setup to move all movable pages to the end of the zone */
 358         cc->migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
 359         cc->free_pfn = cc->migrate_pfn + zone->spanned_pages;
 360         cc->free_pfn &= ~(pageblock_nr_pages-1);
 361
 362         migrate_prep_local();
 363
 364         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
 365                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
 366
 367                 if (!isolate_migratepages(zone, cc))
 368                         continue;
 369
 370                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
 371                 migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
 372                                                 (unsigned long)cc, 0);
 373                 update_nr_listpages(cc);
 374                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
 375
 376                 count_vm_event(COMPACTBLOCKS);
 377                 count_vm_events(COMPACTPAGES, nr_migrate - nr_remaining);
 378                 if (nr_remaining)
 379                         count_vm_events(COMPACTPAGEFAILED, nr_remaining);
 380
 381                 /* Release LRU pages not migrated */
 382                 if (!list_empty(&cc->migratepages)) {
 383                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
 384                         cc->nr_migratepages = 0;
 385                 }
 386
 387         }
 388
 389         /* Release free pages and check accounting */
 390         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
 391         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
 392
 393         return ret;
 394 }
 395
 396 /* Compact all zones within a node */
 397 static int compact_node(int nid)
 398 {
 399         int zoneid;
 400         pg_data_t *pgdat;
 401         struct zone *zone;
 402
 403         if (nid < 0 || nid >= nr_node_ids || !node_online(nid))
 404                 return -EINVAL;
 405         pgdat = NODE_DATA(nid);
 406
 407         /* Flush pending updates to the LRU lists */
 408         lru_add_drain_all();
 409
 410         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
 411                 struct compact_control cc = {
 412                         .nr_freepages = 0,
 413                         .nr_migratepages = 0,
 414                 };
 415
 416                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
 417                 if (!populated_zone(zone))
 418                         continue;
 419
 420                 cc.zone = zone;
 421                 INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
 422                 INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
 423
 424                 compact_zone(zone, &cc);
 425
 426                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
 427                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
 428         }
 429
 430         return 0;
 431 }
 432
 433 /* Compact all nodes in the system */
 434 static int compact_nodes(void)
 435 {
 436         int nid;
 437
 438         for_each_online_node(nid)
 439                 compact_node(nid);
 440
 441         return COMPACT_COMPLETE;
 442 }
 443
 444 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
 445 int sysctl_compact_memory;
 446
 447 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
 448 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
 449                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
 450 {
 451         if (write)
 452                 return compact_nodes();
 453
 454         return 0;
 455 }