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