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  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
  55  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
  56  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
  57  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
  58  *
  59  * Returns true if the lock is held.
  60  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
  61  */
  62 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
  63                                       bool locked, struct compact_control *cc)
  64 {
  65         if (need_resched() || spin_is_contended(lock)) {
  66                 if (locked) {
  67                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
  68                         locked = false;
  69                 }
  70
  71                 /* async aborts if taking too long or contended */
  72                 if (!cc->sync) {
  73                         cc->contended = true;
  74                         return false;
  75                 }
  76
  77                 cond_resched();
  78                 if (fatal_signal_pending(current))
  79                         return false;
  80         }
  81
  82         if (!locked)
  83                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
  84         return true;
  85 }
  86
  87 static inline bool compact_trylock_irqsave(spinlock_t *lock,
  88                         unsigned long *flags, struct compact_control *cc)
  89 {
  90         return compact_checklock_irqsave(lock, flags, false, cc);
  91 }
  92
  93 static void compact_capture_page(struct compact_control *cc)
  94 {
  95         unsigned long flags;
  96         int mtype, mtype_low, mtype_high;
  97
  98         if (!cc->page || *cc->page)
  99                 return;
 100
 101         /*
 102          * For MIGRATE_MOVABLE allocations we capture a suitable page ASAP
 103          * regardless of the migratetype of the freelist is is captured from.
 104          * This is fine because the order for a high-order MIGRATE_MOVABLE
 105          * allocation is typically at least a pageblock size and overall
 106          * fragmentation is not impaired. Other allocation types must
 107          * capture pages from their own migratelist because otherwise they
 108          * could pollute other pageblocks like MIGRATE_MOVABLE with
 109          * difficult to move pages and making fragmentation worse overall.
 110          */
 111         if (cc->migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
 112                 mtype_low = 0;
 113                 mtype_high = MIGRATE_PCPTYPES;
 114         } else {
 115                 mtype_low = cc->migratetype;
 116                 mtype_high = cc->migratetype + 1;
 117         }
 118
 119         /* Speculatively examine the free lists without zone lock */
 120         for (mtype = mtype_low; mtype < mtype_high; mtype++) {
 121                 int order;
 122                 for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 123                         struct page *page;
 124                         struct free_area *area;
 125                         area = &(cc->zone->free_area[order]);
 126                         if (list_empty(&area->free_list[mtype]))
 127                                 continue;
 128
 129                         /* Take the lock and attempt capture of the page */
 130                         if (!compact_trylock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags, cc))
 131                                 return;
 132                         if (!list_empty(&area->free_list[mtype])) {
 133                                 page = list_entry(area->free_list[mtype].next,
 134                                                         struct page, lru);
 135                                 if (capture_free_page(page, cc->order, mtype)) {
 136                                         spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock,
 137                                                                         flags);
 138                                         *cc->page = page;
 139                                         return;
 140                                 }
 141                         }
 142                         spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 143                 }
 144         }
 145 }
 146
 147 /*
 148  * Isolate free pages onto a private freelist. Caller must hold zone->lock.
 149  * If @strict is true, will abort returning 0 on any invalid PFNs or non-free
 150  * pages inside of the pageblock (even though it may still end up isolating
 151  * some pages).
 152  */
 153 static unsigned long isolate_freepages_block(unsigned long blockpfn,
 154                                 unsigned long end_pfn,
 155                                 struct list_head *freelist,
 156                                 bool strict)
 157 {
 158         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
 159         struct page *cursor;
 160
 161         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
 162
 163         /* Isolate free pages. This assumes the block is valid */
 164         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
 165                 int isolated, i;
 166                 struct page *page = cursor;
 167
 168                 if (!pfn_valid_within(blockpfn)) {
 169                         if (strict)
 170                                 return 0;
 171                         continue;
 172                 }
 173                 nr_scanned++;
 174
 175                 if (!PageBuddy(page)) {
 176                         if (strict)
 177                                 return 0;
 178                         continue;
 179                 }
 180
 181                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
 182                 isolated = split_free_page(page);
 183                 if (!isolated && strict)
 184                         return 0;
 185                 total_isolated += isolated;
 186                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
 187                         list_add(&page->lru, freelist);
 188                         page++;
 189                 }
 190
 191                 /* If a page was split, advance to the end of it */
 192                 if (isolated) {
 193                         blockpfn += isolated - 1;
 194                         cursor += isolated - 1;
 195                 }
 196         }
 197
 198         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
 199         return total_isolated;
 200 }
 201
 202 /**
 203  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
 204  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 205  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 206  *
 207  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
 208  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
 209  * undo its actions and return zero.
 210  *
 211  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
 212  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
 213  * a free page).
 214  */
 215 unsigned long
 216 isolate_freepages_range(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 217 {
 218         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn, flags;
 219         struct zone *zone = NULL;
 220         LIST_HEAD(freelist);
 221
 222         if (pfn_valid(start_pfn))
 223                 zone = page_zone(pfn_to_page(start_pfn));
 224
 225         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
 226                 if (!pfn_valid(pfn) || zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
 227                         break;
 228
 229                 /*
 230                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
 231                  * but we keep it that we not to complicate the code.
 232                  */
 233                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 234                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
 235
 236                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
 237                 isolated = isolate_freepages_block(pfn, block_end_pfn,
 238                                                    &freelist, true);
 239                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
 240
 241                 /*
 242                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
 243                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
 244                  * non-free pages).
 245                  */
 246                 if (!isolated)
 247                         break;
 248
 249                 /*
 250                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
 251                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
 252                  * page may span two pageblocks).
 253                  */
 254         }
 255
 256         /* split_free_page does not map the pages */
 257         map_pages(&freelist);
 258
 259         if (pfn < end_pfn) {
 260                 /* Loop terminated early, cleanup. */
 261                 release_freepages(&freelist);
 262                 return 0;
 263         }
 264
 265         /* We don't use freelists for anything. */
 266         return pfn;
 267 }
 268
 269 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 270 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
 271 {
 272         struct page *page;
 273         unsigned int count[2] = { 0, };
 274
 275         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 276                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
 277
 278         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
 279         if (locked) {
 280                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 281                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 282         } else {
 283                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 284                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 285         }
 286 }
 287
 288 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 289 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 290 {
 291         unsigned long active, inactive, isolated;
 292
 293         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 294                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 295         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
 296                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
 297         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 298                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 299
 300         return isolated > (inactive + active) / 2;
 301 }
 302
 303 /**
 304  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
 305  * @zone:       Zone pages are in.
 306  * @cc:         Compaction control structure.
 307  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
 308  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
 309  *
 310  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
 311  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
 312  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
 313  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
 314  *
 315  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
 316  * zero.
 317  *
 318  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
 319  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
 320  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
 321  */
 322 unsigned long
 323 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
 324                            unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn)
 325 {
 326         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
 327         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
 328         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 329         isolate_mode_t mode = 0;
 330         struct lruvec *lruvec;
 331         unsigned long flags;
 332         bool locked;
 333
 334         /*
 335          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 336          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 337          * delay for some time until fewer pages are isolated
 338          */
 339         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 340                 /* async migration should just abort */
 341                 if (!cc->sync)
 342                         return 0;
 343
 344                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 345
 346                 if (fatal_signal_pending(current))
 347                         return 0;
 348         }
 349
 350         /* Time to isolate some pages for migration */
 351         cond_resched();
 352         spin_lock_irqsave(&zone->lru_lock, flags);
 353         locked = true;
 354         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 355                 struct page *page;
 356
 357                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
 358                 if (!((low_pfn+1) % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
 359                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 360                         locked = false;
 361                 }
 362
 363                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
 364                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
 365                                                                 locked, cc);
 366                 if (!locked)
 367                         break;
 368
 369                 /*
 370                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
 371                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
 372                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
 373                  * memory holes within the zone
 374                  */
 375                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
 376                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
 377                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
 378                                 continue;
 379                         }
 380                 }
 381
 382                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 383                         continue;
 384                 nr_scanned++;
 385
 386                 /*
 387                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
 388                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
 389                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
 390                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
 391                  */
 392                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 393                 if (page_zone(page) != zone)
 394                         continue;
 395
 396                 /* Skip if free */
 397                 if (PageBuddy(page))
 398                         continue;
 399
 400                 /*
 401                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
 402                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
 403                  * satisfies the allocation
 404                  */
 405                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
 406                 if (!cc->sync && last_pageblock_nr != pageblock_nr &&
 407                     !migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page))) {
 408                         low_pfn += pageblock_nr_pages;
 409                         low_pfn = ALIGN(low_pfn, pageblock_nr_pages) - 1;
 410                         last_pageblock_nr = pageblock_nr;
 411                         continue;
 412                 }
 413
 414                 if (!PageLRU(page))
 415                         continue;
 416
 417                 /*
 418                  * PageLRU is set, and lru_lock excludes isolation,
 419                  * splitting and collapsing (collapsing has already
 420                  * happened if PageLRU is set).
 421                  */
 422                 if (PageTransHuge(page)) {
 423                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 424                         continue;
 425                 }
 426
 427                 if (!cc->sync)
 428                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
 429
 430                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 431
 432                 /* Try isolate the page */
 433                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
 434                         continue;
 435
 436                 VM_BUG_ON(PageTransCompound(page));
 437
 438                 /* Successfully isolated */
 439                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
 440                 list_add(&page->lru, migratelist);
 441                 cc->nr_migratepages++;
 442                 nr_isolated++;
 443
 444                 /* Avoid isolating too much */
 445                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
 446                         ++low_pfn;
 447                         break;
 448                 }
 449         }
 450
 451         acct_isolated(zone, locked, cc);
 452
 453         if (locked)
 454                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 455
 456         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 457
 458         return low_pfn;
 459 }
 460
 461 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 462 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 463
 464 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
 465 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
 466 {
 467
 468         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
 469
 470         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
 471         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
 472                 return false;
 473
 474         /* If the page is a large free page, then allow migration */
 475         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 476                 return true;
 477
 478         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 479         if (migrate_async_suitable(migratetype))
 480                 return true;
 481
 482         /* Otherwise skip the block */
 483         return false;
 484 }
 485
 486 /*
 487  * Returns the start pfn of the last page block in a zone.  This is the starting
 488  * point for full compaction of a zone.  Compaction searches for free pages from
 489  * the end of each zone, while isolate_freepages_block scans forward inside each
 490  * page block.
 491  */
 492 static unsigned long start_free_pfn(struct zone *zone)
 493 {
 494         unsigned long free_pfn;
 495         free_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
 496         free_pfn &= ~(pageblock_nr_pages-1);
 497         return free_pfn;
 498 }
 499
 500 /*
 501  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 502  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 503  */
 504 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 505                                 struct compact_control *cc)
 506 {
 507         struct page *page;
 508         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, zone_end_pfn, end_pfn;
 509         unsigned long flags;
 510         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 511         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 512
 513         /*
 514          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 515          * scanned from (or the end of the zone if starting). The low point
 516          * is the end of the pageblock the migration scanner is using.
 517          */
 518         pfn = cc->free_pfn;
 519         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
 520
 521         /*
 522          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
 523          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
 524          * in the next isolation cycle.
 525          */
 526         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
 527
 528         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
 529
 530         /*
 531          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 532          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 533          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 534          */
 535         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 536                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
 537                 unsigned long isolated;
 538
 539                 if (!pfn_valid(pfn))
 540                         continue;
 541
 542                 /*
 543                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 544                  * configurations to have a setup like
 545                  * node0 node1 node0
 546                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 547                  * pages do not belong to a single zone.
 548                  */
 549                 page = pfn_to_page(pfn);
 550                 if (page_zone(page) != zone)
 551                         continue;
 552
 553                 /* Check the block is suitable for migration */
 554                 if (!suitable_migration_target(page))
 555                         continue;
 556
 557                 /*
 558                  * Found a block suitable for isolating free pages from. Now
 559                  * we disabled interrupts, double check things are ok and
 560                  * isolate the pages. This is to minimise the time IRQs
 561                  * are disabled
 562                  */
 563                 isolated = 0;
 564
 565                 /*
 566                  * The zone lock must be held to isolate freepages. This
 567                  * unfortunately this is a very coarse lock and can be
 568                  * heavily contended if there are parallel allocations
 569                  * or parallel compactions. For async compaction do not
 570                  * spin on the lock
 571                  */
 572                 if (!compact_trylock_irqsave(&zone->lock, &flags, cc))
 573                         break;
 574                 if (suitable_migration_target(page)) {
 575                         end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, zone_end_pfn);
 576                         isolated = isolate_freepages_block(pfn, end_pfn,
 577                                                            freelist, false);
 578                         nr_freepages += isolated;
 579                 }
 580                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
 581
 582                 /*
 583                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 584                  * looking for free pages, the search will restart here as
 585                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 586                  */
 587                 if (isolated) {
 588                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
 589
 590                         /*
 591                          * If the free scanner has wrapped, update
 592                          * compact_cached_free_pfn to point to the highest
 593                          * pageblock with free pages. This reduces excessive
 594                          * scanning of full pageblocks near the end of the
 595                          * zone
 596                          */
 597                         if (cc->order > 0 && cc->wrapped)
 598                                 zone->compact_cached_free_pfn = high_pfn;
 599                 }
 600         }
 601
 602         /* split_free_page does not map the pages */
 603         map_pages(freelist);
 604
 605         cc->free_pfn = high_pfn;
 606         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 607
 608         /* If compact_cached_free_pfn is reset then set it now */
 609         if (cc->order > 0 && !cc->wrapped &&
 610                         zone->compact_cached_free_pfn == start_free_pfn(zone))
 611                 zone->compact_cached_free_pfn = high_pfn;
 612 }
 613
 614 /*
 615  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 616  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 617  */
 618 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 619                                         unsigned long data,
 620                                         int **result)
 621 {
 622         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 623         struct page *freepage;
 624
 625         /* Isolate free pages if necessary */
 626         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 627                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 628
 629                 if (list_empty(&cc->freepages))
 630                         return NULL;
 631         }
 632
 633         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 634         list_del(&freepage->lru);
 635         cc->nr_freepages--;
 636
 637         return freepage;
 638 }
 639
 640 /*
 641  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
 642  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
 643  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
 644  */
 645 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 646 {
 647         int nr_migratepages = 0;
 648         int nr_freepages = 0;
 649         struct page *page;
 650
 651         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 652                 nr_migratepages++;
 653         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
 654                 nr_freepages++;
 655
 656         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 657         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 658 }
 659
 660 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 661 typedef enum {
 662         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 663         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 664         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 665 } isolate_migrate_t;
 666
 667 /*
 668  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 669  * the migrate scanner within compact_control.
 670  */
 671 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 672                                         struct compact_control *cc)
 673 {
 674         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 675
 676         /* Do not scan outside zone boundaries */
 677         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 678
 679         /* Only scan within a pageblock boundary */
 680         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
 681
 682         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 683         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 684                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 685                 return ISOLATE_NONE;
 686         }
 687
 688         /* Perform the isolation */
 689         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn);
 690         if (!low_pfn || cc->contended)
 691                 return ISOLATE_ABORT;
 692
 693         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 694
 695         return ISOLATE_SUCCESS;
 696 }
 697
 698 static int compact_finished(struct zone *zone,
 699                             struct compact_control *cc)
 700 {
 701         unsigned long watermark;
 702
 703         if (fatal_signal_pending(current))
 704                 return COMPACT_PARTIAL;
 705
 706         /*
 707          * A full (order == -1) compaction run starts at the beginning and
 708          * end of a zone; it completes when the migrate and free scanner meet.
 709          * A partial (order > 0) compaction can start with the free scanner
 710          * at a random point in the zone, and may have to restart.
 711          */
 712         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
 713                 if (cc->order > 0 && !cc->wrapped) {
 714                         /* We started partway through; restart at the end. */
 715                         unsigned long free_pfn = start_free_pfn(zone);
 716                         zone->compact_cached_free_pfn = free_pfn;
 717                         cc->free_pfn = free_pfn;
 718                         cc->wrapped = 1;
 719                         return COMPACT_CONTINUE;
 720                 }
 721                 return COMPACT_COMPLETE;
 722         }
 723
 724         /* We wrapped around and ended up where we started. */
 725         if (cc->wrapped && cc->free_pfn <= cc->start_free_pfn)
 726                 return COMPACT_COMPLETE;
 727
 728         /*
 729          * order == -1 is expected when compacting via
 730          * /proc/sys/vm/compact_memory
 731          */
 732         if (cc->order == -1)
 733                 return COMPACT_CONTINUE;
 734
 735         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 736         watermark = low_wmark_pages(zone);
 737         watermark += (1 << cc->order);
 738
 739         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 740                 return COMPACT_CONTINUE;
 741
 742         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 743         if (cc->page) {
 744                 /* Was a suitable page captured? */
 745                 if (*cc->page)
 746                         return COMPACT_PARTIAL;
 747         } else {
 748                 unsigned int order;
 749                 for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 750                         struct free_area *area = &zone->free_area[cc->order];
 751                         /* Job done if page is free of the right migratetype */
 752                         if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
 753                                 return COMPACT_PARTIAL;
 754
 755                         /* Job done if allocation would set block type */
 756                         if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
 757                                 return COMPACT_PARTIAL;
 758                 }
 759         }
 760
 761         return COMPACT_CONTINUE;
 762 }
 763
 764 /*
 765  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 766  * Returns
 767  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 768  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 769  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 770  */
 771 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 772 {
 773         int fragindex;
 774         unsigned long watermark;
 775
 776         /*
 777          * order == -1 is expected when compacting via
 778          * /proc/sys/vm/compact_memory
 779          */
 780         if (order == -1)
 781                 return COMPACT_CONTINUE;
 782
 783         /*
 784          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 785          * This is because during migration, copies of pages need to be
 786          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 787          */
 788         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 789         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 790                 return COMPACT_SKIPPED;
 791
 792         /*
 793          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 794          * low memory or external fragmentation
 795          *
 796          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 797          * watermarks
 798          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 799          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 800          *
 801          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 802          */
 803         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 804         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 805                 return COMPACT_SKIPPED;
 806
 807         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 808             0, 0))
 809                 return COMPACT_PARTIAL;
 810
 811         return COMPACT_CONTINUE;
 812 }
 813
 814 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 815 {
 816         int ret;
 817
 818         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
 819         switch (ret) {
 820         case COMPACT_PARTIAL:
 821         case COMPACT_SKIPPED:
 822                 /* Compaction is likely to fail */
 823                 return ret;
 824         case COMPACT_CONTINUE:
 825                 /* Fall through to compaction */
 826                 ;
 827         }
 828
 829         /* Setup to move all movable pages to the end of the zone */
 830         cc->migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
 831
 832         if (cc->order > 0) {
 833                 /* Incremental compaction. Start where the last one stopped. */
 834                 cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
 835                 cc->start_free_pfn = cc->free_pfn;
 836         } else {
 837                 /* Order == -1 starts at the end of the zone. */
 838                 cc->free_pfn = start_free_pfn(zone);
 839         }
 840
 841         migrate_prep_local();
 842
 843         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
 844                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
 845                 int err;
 846
 847                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
 848                 case ISOLATE_ABORT:
 849                         ret = COMPACT_PARTIAL;
 850                         goto out;
 851                 case ISOLATE_NONE:
 852                         continue;
 853                 case ISOLATE_SUCCESS:
 854                         ;
 855                 }
 856
 857                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
 858                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
 859                                 (unsigned long)cc, false,
 860                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC);
 861                 update_nr_listpages(cc);
 862                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
 863
 864                 count_vm_event(COMPACTBLOCKS);
 865                 count_vm_events(COMPACTPAGES, nr_migrate - nr_remaining);
 866                 if (nr_remaining)
 867                         count_vm_events(COMPACTPAGEFAILED, nr_remaining);
 868                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
 869                                                 nr_remaining);
 870
 871                 /* Release LRU pages not migrated */
 872                 if (err) {
 873                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
 874                         cc->nr_migratepages = 0;
 875                         if (err == -ENOMEM) {
 876                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
 877                                 goto out;
 878                         }
 879                 }
 880
 881                 /* Capture a page now if it is a suitable size */
 882                 compact_capture_page(cc);
 883         }
 884
 885 out:
 886         /* Release free pages and check accounting */
 887         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
 888         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
 889
 890         return ret;
 891 }
 892
 893 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
 894                                  int order, gfp_t gfp_mask,
 895                                  bool sync, bool *contended,
 896                                  struct page **page)
 897 {
 898         unsigned long ret;
 899         struct compact_control cc = {
 900                 .nr_freepages = 0,
 901                 .nr_migratepages = 0,
 902                 .order = order,
 903                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
 904                 .zone = zone,
 905                 .sync = sync,
 906                 .page = page,
 907         };
 908         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
 909         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
 910
 911         ret = compact_zone(zone, &cc);
 912         if (contended)
 913                 *contended = cc.contended;
 914         return ret;
 915 }
 916
 917 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
 918
 919 /**
 920  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
 921  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
 922  * @order: The order of the current allocation
 923  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
 924  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
 925  * @sync: Whether migration is synchronous or not
 926  *
 927  * This is the main entry point for direct page compaction.
 928  */
 929 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
 930                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
 931                         bool sync, bool *contended, struct page **page)
 932 {
 933         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
 934         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
 935         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
 936         struct zoneref *z;
 937         struct zone *zone;
 938         int rc = COMPACT_SKIPPED;
 939         int alloc_flags = 0;
 940
 941         /* Check if the GFP flags allow compaction */
 942         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
 943                 return rc;
 944
 945         count_vm_event(COMPACTSTALL);
 946
 947 #ifdef CONFIG_CMA
 948         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
 949                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
 950 #endif
 951         /* Compact each zone in the list */
 952         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
 953                                                                 nodemask) {
 954                 int status;
 955
 956                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
 957                                                 contended, page);
 958                 rc = max(status, rc);
 959
 960                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
 961                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
 962                                       alloc_flags))
 963                         break;
 964         }
 965
 966         return rc;
 967 }
 968
 969
 970 /* Compact all zones within a node */
 971 static int __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
 972 {
 973         int zoneid;
 974         struct zone *zone;
 975
 976         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
 977
 978                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
 979                 if (!populated_zone(zone))
 980                         continue;
 981
 982                 cc->nr_freepages = 0;
 983                 cc->nr_migratepages = 0;
 984                 cc->zone = zone;
 985                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
 986                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
 987
 988                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
 989                         compact_zone(zone, cc);
 990
 991                 if (cc->order > 0) {
 992                         int ok = zone_watermark_ok(zone, cc->order,
 993                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0);
 994                         if (ok && cc->order >= zone->compact_order_failed)
 995                                 zone->compact_order_failed = cc->order + 1;
 996                         /* Currently async compaction is never deferred. */
 997                         else if (!ok && cc->sync)
 998                                 defer_compaction(zone, cc->order);
 999                 }
1000
1001                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1002                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1003         }
1004
1005         return 0;
1006 }
1007
1008 int compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1009 {
1010         struct compact_control cc = {
1011                 .order = order,
1012                 .sync = false,
1013                 .page = NULL,
1014         };
1015
1016         return __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1017 }
1018
1019 static int compact_node(int nid)
1020 {
1021         struct compact_control cc = {
1022                 .order = -1,
1023                 .sync = true,
1024                 .page = NULL,
1025         };
1026
1027         return __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1028 }
1029
1030 /* Compact all nodes in the system */
1031 static int compact_nodes(void)
1032 {
1033         int nid;
1034
1035         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1036         lru_add_drain_all();
1037
1038         for_each_online_node(nid)
1039                 compact_node(nid);
1040
1041         return COMPACT_COMPLETE;
1042 }
1043
1044 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1045 int sysctl_compact_memory;
1046
1047 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1048 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1049                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1050 {
1051         if (write)
1052                 return compact_nodes();
1053
1054         return 0;
1055 }
1056
1057 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1058                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1059 {
1060         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1061
1062         return 0;
1063 }
1064
1065 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1066 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1067                         struct device_attribute *attr,
1068                         const char *buf, size_t count)
1069 {
1070         int nid = dev->id;
1071
1072         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1073                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1074                 lru_add_drain_all();
1075
1076                 compact_node(nid);
1077         }
1078
1079         return count;
1080 }
1081 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1082
1083 int compaction_register_node(struct node *node)
1084 {
1085         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1086 }
1087
1088 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1089 {
1090         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1091 }
1092 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1093
1094 #endif /* CONFIG_COMPACTION */