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 /*
  20  * compact_control is used to track pages being migrated and the free pages
  21  * they are being migrated to during memory compaction. The free_pfn starts
  22  * at the end of a zone and migrate_pfn begins at the start. Movable pages
  23  * are moved to the end of a zone during a compaction run and the run
  24  * completes when free_pfn <= migrate_pfn
  25  */
  26 struct compact_control {
  27         struct list_head freepages;     /* List of free pages to migrate to */
  28         struct list_head migratepages;  /* List of pages being migrated */
  29         unsigned long nr_freepages;     /* Number of isolated free pages */
  30         unsigned long nr_migratepages;  /* Number of pages to migrate */
  31         unsigned long free_pfn;         /* isolate_freepages search base */
  32         unsigned long migrate_pfn;      /* isolate_migratepages search base */
  33
  34         /* Account for isolated anon and file pages */
  35         unsigned long nr_anon;
  36         unsigned long nr_file;
  37
  38         struct zone *zone;
  39 };
  40
  41 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
  42 {
  43         struct page *page, *next;
  44         unsigned long count = 0;
  45
  46         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
  47                 list_del(&page->lru);
  48                 __free_page(page);
  49                 count++;
  50         }
  51
  52         return count;
  53 }
  54
  55 /* Isolate free pages onto a private freelist. Must hold zone->lock */
  56 static unsigned long isolate_freepages_block(struct zone *zone,
  57                                 unsigned long blockpfn,
  58                                 struct list_head *freelist)
  59 {
  60         unsigned long zone_end_pfn, end_pfn;
  61         int total_isolated = 0;
  62         struct page *cursor;
  63
  64         /* Get the last PFN we should scan for free pages at */
  65         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
  66         end_pfn = min(blockpfn + pageblock_nr_pages, zone_end_pfn);
  67
  68         /* Find the first usable PFN in the block to initialse page cursor */
  69         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++) {
  70                 if (pfn_valid_within(blockpfn))
  71                         break;
  72         }
  73         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
  74
  75         /* Isolate free pages. This assumes the block is valid */
  76         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
  77                 int isolated, i;
  78                 struct page *page = cursor;
  79
  80                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
  81                         continue;
  82
  83                 if (!PageBuddy(page))
  84                         continue;
  85
  86                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
  87                 isolated = split_free_page(page);
  88                 total_isolated += isolated;
  89                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
  90                         list_add(&page->lru, freelist);
  91                         page++;
  92                 }
  93
  94                 /* If a page was split, advance to the end of it */
  95                 if (isolated) {
  96                         blockpfn += isolated - 1;
  97                         cursor += isolated - 1;
  98                 }
  99         }
 100
 101         return total_isolated;
 102 }
 103
 104 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
 105 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
 106 {
 107
 108         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
 109
 110         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
 111         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
 112                 return false;
 113
 114         /* If the page is a large free page, then allow migration */
 115         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 116                 return true;
 117
 118         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE, allow migration */
 119         if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
 120                 return true;
 121
 122         /* Otherwise skip the block */
 123         return false;
 124 }
 125
 126 /*
 127  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 128  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 129  */
 130 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 131                                 struct compact_control *cc)
 132 {
 133         struct page *page;
 134         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn;
 135         unsigned long flags;
 136         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 137         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 138
 139         pfn = cc->free_pfn;
 140         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
 141         high_pfn = low_pfn;
 142
 143         /*
 144          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 145          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 146          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 147          */
 148         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
 149         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 150                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
 151                 unsigned long isolated;
 152
 153                 if (!pfn_valid(pfn))
 154                         continue;
 155
 156                 /*
 157                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 158                  * configurations to have a setup like
 159                  * node0 node1 node0
 160                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 161                  * pages do not belong to a single zone.
 162                  */
 163                 page = pfn_to_page(pfn);
 164                 if (page_zone(page) != zone)
 165                         continue;
 166
 167                 /* Check the block is suitable for migration */
 168                 if (!suitable_migration_target(page))
 169                         continue;
 170
 171                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
 172                 isolated = isolate_freepages_block(zone, pfn, freelist);
 173                 nr_freepages += isolated;
 174
 175                 /*
 176                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 177                  * looking for free pages, the search will restart here as
 178                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 179                  */
 180                 if (isolated)
 181                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
 182         }
 183         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
 184
 185         /* split_free_page does not map the pages */
 186         list_for_each_entry(page, freelist, lru) {
 187                 arch_alloc_page(page, 0);
 188                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
 189         }
 190
 191         cc->free_pfn = high_pfn;
 192         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 193 }
 194
 195 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 196 static void acct_isolated(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 197 {
 198         struct page *page;
 199         unsigned int count[NR_LRU_LISTS] = { 0, };
 200
 201         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru) {
 202                 int lru = page_lru_base_type(page);
 203                 count[lru]++;
 204         }
 205
 206         cc->nr_anon = count[LRU_ACTIVE_ANON] + count[LRU_INACTIVE_ANON];
 207         cc->nr_file = count[LRU_ACTIVE_FILE] + count[LRU_INACTIVE_FILE];
 208         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, cc->nr_anon);
 209         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, cc->nr_file);
 210 }
 211
 212 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 213 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 214 {
 215
 216         unsigned long inactive, isolated;
 217
 218         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 219                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 220         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 221                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 222
 223         return isolated > inactive;
 224 }
 225
 226 /*
 227  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 228  * the migrate scanner within compact_control.
 229  */
 230 static unsigned long isolate_migratepages(struct zone *zone,
 231                                         struct compact_control *cc)
 232 {
 233         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 234         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 235
 236         /* Do not scan outside zone boundaries */
 237         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 238
 239         /* Only scan within a pageblock boundary */
 240         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
 241
 242         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 243         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 244                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 245                 return 0;
 246         }
 247
 248         /*
 249          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 250          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 251          * delay for some time until fewer pages are isolated
 252          */
 253         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 254                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 255
 256                 if (fatal_signal_pending(current))
 257                         return 0;
 258         }
 259
 260         /* Time to isolate some pages for migration */
 261         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
 262         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 263                 struct page *page;
 264                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 265                         continue;
 266
 267                 /* Get the page and skip if free */
 268                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 269                 if (PageBuddy(page))
 270                         continue;
 271
 272                 /* Try isolate the page */
 273                 if (__isolate_lru_page(page, ISOLATE_BOTH, 0) != 0)
 274                         continue;
 275
 276                 /* Successfully isolated */
 277                 del_page_from_lru_list(zone, page, page_lru(page));
 278                 list_add(&page->lru, migratelist);
 279                 mem_cgroup_del_lru(page);
 280                 cc->nr_migratepages++;
 281
 282                 /* Avoid isolating too much */
 283                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX)
 284                         break;
 285         }
 286
 287         acct_isolated(zone, cc);
 288
 289         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
 290         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 291
 292         return cc->nr_migratepages;
 293 }
 294
 295 /*
 296  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 297  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 298  */
 299 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 300                                         unsigned long data,
 301                                         int **result)
 302 {
 303         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 304         struct page *freepage;
 305
 306         /* Isolate free pages if necessary */
 307         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 308                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 309
 310                 if (list_empty(&cc->freepages))
 311                         return NULL;
 312         }
 313
 314         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 315         list_del(&freepage->lru);
 316         cc->nr_freepages--;
 317
 318         return freepage;
 319 }
 320
 321 /*
 322  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
 323  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
 324  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
 325  */
 326 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 327 {
 328         int nr_migratepages = 0;
 329         int nr_freepages = 0;
 330         struct page *page;
 331
 332         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 333                 nr_migratepages++;
 334         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
 335                 nr_freepages++;
 336
 337         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 338         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 339 }
 340
 341 static int compact_finished(struct zone *zone,
 342                                                 struct compact_control *cc)
 343 {
 344         if (fatal_signal_pending(current))
 345                 return COMPACT_PARTIAL;
 346
 347         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 348         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn)
 349                 return COMPACT_COMPLETE;
 350
 351         return COMPACT_CONTINUE;
 352 }
 353
 354 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 355 {
 356         int ret;
 357
 358         /* Setup to move all movable pages to the end of the zone */
 359         cc->migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
 360         cc->free_pfn = cc->migrate_pfn + zone->spanned_pages;
 361         cc->free_pfn &= ~(pageblock_nr_pages-1);
 362
 363         migrate_prep_local();
 364
 365         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
 366                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
 367
 368                 if (!isolate_migratepages(zone, cc))
 369                         continue;
 370
 371                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
 372                 migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
 373                                                 (unsigned long)cc, 0);
 374                 update_nr_listpages(cc);
 375                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
 376
 377                 count_vm_event(COMPACTBLOCKS);
 378                 count_vm_events(COMPACTPAGES, nr_migrate - nr_remaining);
 379                 if (nr_remaining)
 380                         count_vm_events(COMPACTPAGEFAILED, nr_remaining);
 381
 382                 /* Release LRU pages not migrated */
 383                 if (!list_empty(&cc->migratepages)) {
 384                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
 385                         cc->nr_migratepages = 0;
 386                 }
 387
 388         }
 389
 390         /* Release free pages and check accounting */
 391         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
 392         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
 393
 394         return ret;
 395 }
 396
 397 /* Compact all zones within a node */
 398 static int compact_node(int nid)
 399 {
 400         int zoneid;
 401         pg_data_t *pgdat;
 402         struct zone *zone;
 403
 404         if (nid < 0 || nid >= nr_node_ids || !node_online(nid))
 405                 return -EINVAL;
 406         pgdat = NODE_DATA(nid);
 407
 408         /* Flush pending updates to the LRU lists */
 409         lru_add_drain_all();
 410
 411         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
 412                 struct compact_control cc = {
 413                         .nr_freepages = 0,
 414                         .nr_migratepages = 0,
 415                 };
 416
 417                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
 418                 if (!populated_zone(zone))
 419                         continue;
 420
 421                 cc.zone = zone;
 422                 INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
 423                 INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
 424
 425                 compact_zone(zone, &cc);
 426
 427                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
 428                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
 429         }
 430
 431         return 0;
 432 }
 433
 434 /* Compact all nodes in the system */
 435 static int compact_nodes(void)
 436 {
 437         int nid;
 438
 439         for_each_online_node(nid)
 440                 compact_node(nid);
 441
 442         return COMPACT_COMPLETE;
 443 }
 444
 445 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
 446 int sysctl_compact_memory;
 447
 448 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
 449 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
 450                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
 451 {
 452         if (write)
 453                 return compact_nodes();
 454
 455         return 0;
 456 }
 457
 458 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
 459 ssize_t sysfs_compact_node(struct sys_device *dev,
 460                         struct sysdev_attribute *attr,
 461                         const char *buf, size_t count)
 462 {
 463         compact_node(dev->id);
 464
 465         return count;
 466 }
 467 static SYSDEV_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
 468
 469 int compaction_register_node(struct node *node)
 470 {
 471         return sysdev_create_file(&node->sysdev, &attr_compact);
 472 }
 473
 474 void compaction_unregister_node(struct node *node)
 475 {
 476         return sysdev_remove_file(&node->sysdev, &attr_compact);
 477 }
 478 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */