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         }
  79
  80         if (!locked)
  81                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
  82         return true;
  83 }
  84
  85 static inline bool compact_trylock_irqsave(spinlock_t *lock,
  86                         unsigned long *flags, struct compact_control *cc)
  87 {
  88         return compact_checklock_irqsave(lock, flags, false, cc);
  89 }
  90
  91 static void compact_capture_page(struct compact_control *cc)
  92 {
  93         unsigned long flags;
  94         int mtype, mtype_low, mtype_high;
  95
  96         if (!cc->page || *cc->page)
  97                 return;
  98
  99         /*
 100          * For MIGRATE_MOVABLE allocations we capture a suitable page ASAP
 101          * regardless of the migratetype of the freelist is is captured from.
 102          * This is fine because the order for a high-order MIGRATE_MOVABLE
 103          * allocation is typically at least a pageblock size and overall
 104          * fragmentation is not impaired. Other allocation types must
 105          * capture pages from their own migratelist because otherwise they
 106          * could pollute other pageblocks like MIGRATE_MOVABLE with
 107          * difficult to move pages and making fragmentation worse overall.
 108          */
 109         if (cc->migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
 110                 mtype_low = 0;
 111                 mtype_high = MIGRATE_PCPTYPES;
 112         } else {
 113                 mtype_low = cc->migratetype;
 114                 mtype_high = cc->migratetype + 1;
 115         }
 116
 117         /* Speculatively examine the free lists without zone lock */
 118         for (mtype = mtype_low; mtype < mtype_high; mtype++) {
 119                 int order;
 120                 for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 121                         struct page *page;
 122                         struct free_area *area;
 123                         area = &(cc->zone->free_area[order]);
 124                         if (list_empty(&area->free_list[mtype]))
 125                                 continue;
 126
 127                         /* Take the lock and attempt capture of the page */
 128                         if (!compact_trylock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags, cc))
 129                                 return;
 130                         if (!list_empty(&area->free_list[mtype])) {
 131                                 page = list_entry(area->free_list[mtype].next,
 132                                                         struct page, lru);
 133                                 if (capture_free_page(page, cc->order, mtype)) {
 134                                         spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock,
 135                                                                         flags);
 136                                         *cc->page = page;
 137                                         return;
 138                                 }
 139                         }
 140                         spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 141                 }
 142         }
 143 }
 144
 145 /*
 146  * Isolate free pages onto a private freelist. Caller must hold zone->lock.
 147  * If @strict is true, will abort returning 0 on any invalid PFNs or non-free
 148  * pages inside of the pageblock (even though it may still end up isolating
 149  * some pages).
 150  */
 151 static unsigned long isolate_freepages_block(unsigned long blockpfn,
 152                                 unsigned long end_pfn,
 153                                 struct list_head *freelist,
 154                                 bool strict)
 155 {
 156         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
 157         struct page *cursor;
 158
 159         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
 160
 161         /* Isolate free pages. This assumes the block is valid */
 162         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
 163                 int isolated, i;
 164                 struct page *page = cursor;
 165
 166                 if (!pfn_valid_within(blockpfn)) {
 167                         if (strict)
 168                                 return 0;
 169                         continue;
 170                 }
 171                 nr_scanned++;
 172
 173                 if (!PageBuddy(page)) {
 174                         if (strict)
 175                                 return 0;
 176                         continue;
 177                 }
 178
 179                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
 180                 isolated = split_free_page(page);
 181                 if (!isolated && strict)
 182                         return 0;
 183                 total_isolated += isolated;
 184                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
 185                         list_add(&page->lru, freelist);
 186                         page++;
 187                 }
 188
 189                 /* If a page was split, advance to the end of it */
 190                 if (isolated) {
 191                         blockpfn += isolated - 1;
 192                         cursor += isolated - 1;
 193                 }
 194         }
 195
 196         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
 197         return total_isolated;
 198 }
 199
 200 /**
 201  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
 202  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 203  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 204  *
 205  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
 206  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
 207  * undo its actions and return zero.
 208  *
 209  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
 210  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
 211  * a free page).
 212  */
 213 unsigned long
 214 isolate_freepages_range(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 215 {
 216         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn, flags;
 217         struct zone *zone = NULL;
 218         LIST_HEAD(freelist);
 219
 220         if (pfn_valid(start_pfn))
 221                 zone = page_zone(pfn_to_page(start_pfn));
 222
 223         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
 224                 if (!pfn_valid(pfn) || zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
 225                         break;
 226
 227                 /*
 228                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
 229                  * but we keep it that we not to complicate the code.
 230                  */
 231                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
 232                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
 233
 234                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
 235                 isolated = isolate_freepages_block(pfn, block_end_pfn,
 236                                                    &freelist, true);
 237                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
 238
 239                 /*
 240                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
 241                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
 242                  * non-free pages).
 243                  */
 244                 if (!isolated)
 245                         break;
 246
 247                 /*
 248                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
 249                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
 250                  * page may span two pageblocks).
 251                  */
 252         }
 253
 254         /* split_free_page does not map the pages */
 255         map_pages(&freelist);
 256
 257         if (pfn < end_pfn) {
 258                 /* Loop terminated early, cleanup. */
 259                 release_freepages(&freelist);
 260                 return 0;
 261         }
 262
 263         /* We don't use freelists for anything. */
 264         return pfn;
 265 }
 266
 267 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 268 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
 269 {
 270         struct page *page;
 271         unsigned int count[2] = { 0, };
 272
 273         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 274                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
 275
 276         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
 277         if (locked) {
 278                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 279                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 280         } else {
 281                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
 282                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
 283         }
 284 }
 285
 286 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 287 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 288 {
 289         unsigned long active, inactive, isolated;
 290
 291         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 292                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 293         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
 294                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
 295         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 296                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 297
 298         return isolated > (inactive + active) / 2;
 299 }
 300
 301 /**
 302  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
 303  * @zone:       Zone pages are in.
 304  * @cc:         Compaction control structure.
 305  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
 306  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
 307  *
 308  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
 309  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
 310  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
 311  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
 312  *
 313  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
 314  * zero.
 315  *
 316  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
 317  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
 318  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
 319  */
 320 unsigned long
 321 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
 322                            unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn)
 323 {
 324         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
 325         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
 326         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 327         isolate_mode_t mode = 0;
 328         struct lruvec *lruvec;
 329         unsigned long flags;
 330         bool locked;
 331
 332         /*
 333          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 334          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 335          * delay for some time until fewer pages are isolated
 336          */
 337         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 338                 /* async migration should just abort */
 339                 if (!cc->sync)
 340                         return 0;
 341
 342                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 343
 344                 if (fatal_signal_pending(current))
 345                         return 0;
 346         }
 347
 348         /* Time to isolate some pages for migration */
 349         cond_resched();
 350         spin_lock_irqsave(&zone->lru_lock, flags);
 351         locked = true;
 352         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 353                 struct page *page;
 354
 355                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
 356                 if (!((low_pfn+1) % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
 357                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 358                         locked = false;
 359                 }
 360
 361                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
 362                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
 363                                                                 locked, cc);
 364                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
 365                         break;
 366
 367                 /*
 368                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
 369                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
 370                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
 371                  * memory holes within the zone
 372                  */
 373                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
 374                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
 375                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
 376                                 continue;
 377                         }
 378                 }
 379
 380                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 381                         continue;
 382                 nr_scanned++;
 383
 384                 /*
 385                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
 386                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
 387                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
 388                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
 389                  */
 390                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 391                 if (page_zone(page) != zone)
 392                         continue;
 393
 394                 /* Skip if free */
 395                 if (PageBuddy(page))
 396                         continue;
 397
 398                 /*
 399                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
 400                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
 401                  * satisfies the allocation
 402                  */
 403                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
 404                 if (!cc->sync && last_pageblock_nr != pageblock_nr &&
 405                     !migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page))) {
 406                         low_pfn += pageblock_nr_pages;
 407                         low_pfn = ALIGN(low_pfn, pageblock_nr_pages) - 1;
 408                         last_pageblock_nr = pageblock_nr;
 409                         continue;
 410                 }
 411
 412                 if (!PageLRU(page))
 413                         continue;
 414
 415                 /*
 416                  * PageLRU is set, and lru_lock excludes isolation,
 417                  * splitting and collapsing (collapsing has already
 418                  * happened if PageLRU is set).
 419                  */
 420                 if (PageTransHuge(page)) {
 421                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
 422                         continue;
 423                 }
 424
 425                 if (!cc->sync)
 426                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
 427
 428                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
 429
 430                 /* Try isolate the page */
 431                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
 432                         continue;
 433
 434                 VM_BUG_ON(PageTransCompound(page));
 435
 436                 /* Successfully isolated */
 437                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
 438                 list_add(&page->lru, migratelist);
 439                 cc->nr_migratepages++;
 440                 nr_isolated++;
 441
 442                 /* Avoid isolating too much */
 443                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
 444                         ++low_pfn;
 445                         break;
 446                 }
 447         }
 448
 449         acct_isolated(zone, locked, cc);
 450
 451         if (locked)
 452                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
 453
 454         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
 455
 456         return low_pfn;
 457 }
 458
 459 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
 460 #ifdef CONFIG_COMPACTION
 461
 462 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
 463 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
 464 {
 465
 466         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
 467
 468         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
 469         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
 470                 return false;
 471
 472         /* If the page is a large free page, then allow migration */
 473         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 474                 return true;
 475
 476         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 477         if (migrate_async_suitable(migratetype))
 478                 return true;
 479
 480         /* Otherwise skip the block */
 481         return false;
 482 }
 483
 484 /*
 485  * Returns the start pfn of the last page block in a zone.  This is the starting
 486  * point for full compaction of a zone.  Compaction searches for free pages from
 487  * the end of each zone, while isolate_freepages_block scans forward inside each
 488  * page block.
 489  */
 490 static unsigned long start_free_pfn(struct zone *zone)
 491 {
 492         unsigned long free_pfn;
 493         free_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
 494         free_pfn &= ~(pageblock_nr_pages-1);
 495         return free_pfn;
 496 }
 497
 498 /*
 499  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 500  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 501  */
 502 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 503                                 struct compact_control *cc)
 504 {
 505         struct page *page;
 506         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, zone_end_pfn, end_pfn;
 507         unsigned long flags;
 508         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 509         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 510
 511         /*
 512          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 513          * scanned from (or the end of the zone if starting). The low point
 514          * is the end of the pageblock the migration scanner is using.
 515          */
 516         pfn = cc->free_pfn;
 517         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
 518
 519         /*
 520          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
 521          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
 522          * in the next isolation cycle.
 523          */
 524         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
 525
 526         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
 527
 528         /*
 529          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 530          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 531          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 532          */
 533         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 534                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
 535                 unsigned long isolated;
 536
 537                 if (!pfn_valid(pfn))
 538                         continue;
 539
 540                 /*
 541                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 542                  * configurations to have a setup like
 543                  * node0 node1 node0
 544                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 545                  * pages do not belong to a single zone.
 546                  */
 547                 page = pfn_to_page(pfn);
 548                 if (page_zone(page) != zone)
 549                         continue;
 550
 551                 /* Check the block is suitable for migration */
 552                 if (!suitable_migration_target(page))
 553                         continue;
 554
 555                 /*
 556                  * Found a block suitable for isolating free pages from. Now
 557                  * we disabled interrupts, double check things are ok and
 558                  * isolate the pages. This is to minimise the time IRQs
 559                  * are disabled
 560                  */
 561                 isolated = 0;
 562
 563                 /*
 564                  * The zone lock must be held to isolate freepages. This
 565                  * unfortunately this is a very coarse lock and can be
 566                  * heavily contended if there are parallel allocations
 567                  * or parallel compactions. For async compaction do not
 568                  * spin on the lock
 569                  */
 570                 if (!compact_trylock_irqsave(&zone->lock, &flags, cc))
 571                         break;
 572                 if (suitable_migration_target(page)) {
 573                         end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, zone_end_pfn);
 574                         isolated = isolate_freepages_block(pfn, end_pfn,
 575                                                            freelist, false);
 576                         nr_freepages += isolated;
 577                 }
 578                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
 579
 580                 /*
 581                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 582                  * looking for free pages, the search will restart here as
 583                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 584                  */
 585                 if (isolated) {
 586                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
 587
 588                         /*
 589                          * If the free scanner has wrapped, update
 590                          * compact_cached_free_pfn to point to the highest
 591                          * pageblock with free pages. This reduces excessive
 592                          * scanning of full pageblocks near the end of the
 593                          * zone
 594                          */
 595                         if (cc->order > 0 && cc->wrapped)
 596                                 zone->compact_cached_free_pfn = high_pfn;
 597                 }
 598         }
 599
 600         /* split_free_page does not map the pages */
 601         map_pages(freelist);
 602
 603         cc->free_pfn = high_pfn;
 604         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 605
 606         /* If compact_cached_free_pfn is reset then set it now */
 607         if (cc->order > 0 && !cc->wrapped &&
 608                         zone->compact_cached_free_pfn == start_free_pfn(zone))
 609                 zone->compact_cached_free_pfn = high_pfn;
 610 }
 611
 612 /*
 613  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 614  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 615  */
 616 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 617                                         unsigned long data,
 618                                         int **result)
 619 {
 620         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 621         struct page *freepage;
 622
 623         /* Isolate free pages if necessary */
 624         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 625                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 626
 627                 if (list_empty(&cc->freepages))
 628                         return NULL;
 629         }
 630
 631         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 632         list_del(&freepage->lru);
 633         cc->nr_freepages--;
 634
 635         return freepage;
 636 }
 637
 638 /*
 639  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
 640  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
 641  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
 642  */
 643 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 644 {
 645         int nr_migratepages = 0;
 646         int nr_freepages = 0;
 647         struct page *page;
 648
 649         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 650                 nr_migratepages++;
 651         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
 652                 nr_freepages++;
 653
 654         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 655         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 656 }
 657
 658 /* possible outcome of isolate_migratepages */
 659 typedef enum {
 660         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
 661         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
 662         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
 663 } isolate_migrate_t;
 664
 665 /*
 666  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 667  * the migrate scanner within compact_control.
 668  */
 669 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
 670                                         struct compact_control *cc)
 671 {
 672         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 673
 674         /* Do not scan outside zone boundaries */
 675         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 676
 677         /* Only scan within a pageblock boundary */
 678         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
 679
 680         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 681         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 682                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 683                 return ISOLATE_NONE;
 684         }
 685
 686         /* Perform the isolation */
 687         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn);
 688         if (!low_pfn || cc->contended)
 689                 return ISOLATE_ABORT;
 690
 691         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 692
 693         return ISOLATE_SUCCESS;
 694 }
 695
 696 static int compact_finished(struct zone *zone,
 697                             struct compact_control *cc)
 698 {
 699         unsigned long watermark;
 700
 701         if (fatal_signal_pending(current))
 702                 return COMPACT_PARTIAL;
 703
 704         /*
 705          * A full (order == -1) compaction run starts at the beginning and
 706          * end of a zone; it completes when the migrate and free scanner meet.
 707          * A partial (order > 0) compaction can start with the free scanner
 708          * at a random point in the zone, and may have to restart.
 709          */
 710         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
 711                 if (cc->order > 0 && !cc->wrapped) {
 712                         /* We started partway through; restart at the end. */
 713                         unsigned long free_pfn = start_free_pfn(zone);
 714                         zone->compact_cached_free_pfn = free_pfn;
 715                         cc->free_pfn = free_pfn;
 716                         cc->wrapped = 1;
 717                         return COMPACT_CONTINUE;
 718                 }
 719                 return COMPACT_COMPLETE;
 720         }
 721
 722         /* We wrapped around and ended up where we started. */
 723         if (cc->wrapped && cc->free_pfn <= cc->start_free_pfn)
 724                 return COMPACT_COMPLETE;
 725
 726         /*
 727          * order == -1 is expected when compacting via
 728          * /proc/sys/vm/compact_memory
 729          */
 730         if (cc->order == -1)
 731                 return COMPACT_CONTINUE;
 732
 733         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
 734         watermark = low_wmark_pages(zone);
 735         watermark += (1 << cc->order);
 736
 737         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
 738                 return COMPACT_CONTINUE;
 739
 740         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 741         if (cc->page) {
 742                 /* Was a suitable page captured? */
 743                 if (*cc->page)
 744                         return COMPACT_PARTIAL;
 745         } else {
 746                 unsigned int order;
 747                 for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
 748                         struct free_area *area = &zone->free_area[cc->order];
 749                         /* Job done if page is free of the right migratetype */
 750                         if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
 751                                 return COMPACT_PARTIAL;
 752
 753                         /* Job done if allocation would set block type */
 754                         if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
 755                                 return COMPACT_PARTIAL;
 756                 }
 757         }
 758
 759         return COMPACT_CONTINUE;
 760 }
 761
 762 /*
 763  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
 764  * Returns
 765  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
 766  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
 767  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
 768  */
 769 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
 770 {
 771         int fragindex;
 772         unsigned long watermark;
 773
 774         /*
 775          * order == -1 is expected when compacting via
 776          * /proc/sys/vm/compact_memory
 777          */
 778         if (order == -1)
 779                 return COMPACT_CONTINUE;
 780
 781         /*
 782          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
 783          * This is because during migration, copies of pages need to be
 784          * allocated and for a short time, the footprint is higher
 785          */
 786         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
 787         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
 788                 return COMPACT_SKIPPED;
 789
 790         /*
 791          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
 792          * low memory or external fragmentation
 793          *
 794          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
 795          * watermarks
 796          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
 797          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
 798          *
 799          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
 800          */
 801         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
 802         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
 803                 return COMPACT_SKIPPED;
 804
 805         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
 806             0, 0))
 807                 return COMPACT_PARTIAL;
 808
 809         return COMPACT_CONTINUE;
 810 }
 811
 812 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 813 {
 814         int ret;
 815
 816         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
 817         switch (ret) {
 818         case COMPACT_PARTIAL:
 819         case COMPACT_SKIPPED:
 820                 /* Compaction is likely to fail */
 821                 return ret;
 822         case COMPACT_CONTINUE:
 823                 /* Fall through to compaction */
 824                 ;
 825         }
 826
 827         /* Setup to move all movable pages to the end of the zone */
 828         cc->migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
 829
 830         if (cc->order > 0) {
 831                 /* Incremental compaction. Start where the last one stopped. */
 832                 cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
 833                 cc->start_free_pfn = cc->free_pfn;
 834         } else {
 835                 /* Order == -1 starts at the end of the zone. */
 836                 cc->free_pfn = start_free_pfn(zone);
 837         }
 838
 839         migrate_prep_local();
 840
 841         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
 842                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
 843                 int err;
 844
 845                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
 846                 case ISOLATE_ABORT:
 847                         ret = COMPACT_PARTIAL;
 848                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
 849                         cc->nr_migratepages = 0;
 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
 913         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
 914         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
 915
 916         *contended = cc.contended;
 917         return ret;
 918 }
 919
 920 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
 921
 922 /**
 923  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
 924  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
 925  * @order: The order of the current allocation
 926  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
 927  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
 928  * @sync: Whether migration is synchronous or not
 929  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
 930  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
 931  *
 932  * This is the main entry point for direct page compaction.
 933  */
 934 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
 935                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
 936                         bool sync, bool *contended, struct page **page)
 937 {
 938         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
 939         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
 940         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
 941         struct zoneref *z;
 942         struct zone *zone;
 943         int rc = COMPACT_SKIPPED;
 944         int alloc_flags = 0;
 945
 946         /* Check if the GFP flags allow compaction */
 947         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
 948                 return rc;
 949
 950         count_vm_event(COMPACTSTALL);
 951
 952 #ifdef CONFIG_CMA
 953         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
 954                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
 955 #endif
 956         /* Compact each zone in the list */
 957         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
 958                                                                 nodemask) {
 959                 int status;
 960
 961                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
 962                                                 contended, page);
 963                 rc = max(status, rc);
 964
 965                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
 966                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
 967                                       alloc_flags))
 968                         break;
 969         }
 970
 971         return rc;
 972 }
 973
 974
 975 /* Compact all zones within a node */
 976 static int __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
 977 {
 978         int zoneid;
 979         struct zone *zone;
 980
 981         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
 982
 983                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
 984                 if (!populated_zone(zone))
 985                         continue;
 986
 987                 cc->nr_freepages = 0;
 988                 cc->nr_migratepages = 0;
 989                 cc->zone = zone;
 990                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
 991                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
 992
 993                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
 994                         compact_zone(zone, cc);
 995
 996                 if (cc->order > 0) {
 997                         int ok = zone_watermark_ok(zone, cc->order,
 998                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0);
 999                         if (ok && cc->order >= zone->compact_order_failed)
1000                                 zone->compact_order_failed = cc->order + 1;
1001                         /* Currently async compaction is never deferred. */
1002                         else if (!ok && cc->sync)
1003                                 defer_compaction(zone, cc->order);
1004                 }
1005
1006                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1007                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1008         }
1009
1010         return 0;
1011 }
1012
1013 int compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1014 {
1015         struct compact_control cc = {
1016                 .order = order,
1017                 .sync = false,
1018                 .page = NULL,
1019         };
1020
1021         return __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1022 }
1023
1024 static int compact_node(int nid)
1025 {
1026         struct compact_control cc = {
1027                 .order = -1,
1028                 .sync = true,
1029                 .page = NULL,
1030         };
1031
1032         return __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1033 }
1034
1035 /* Compact all nodes in the system */
1036 static int compact_nodes(void)
1037 {
1038         int nid;
1039
1040         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1041         lru_add_drain_all();
1042
1043         for_each_online_node(nid)
1044                 compact_node(nid);
1045
1046         return COMPACT_COMPLETE;
1047 }
1048
1049 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1050 int sysctl_compact_memory;
1051
1052 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1053 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1054                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1055 {
1056         if (write)
1057                 return compact_nodes();
1058
1059         return 0;
1060 }
1061
1062 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1063                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1064 {
1065         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1066
1067         return 0;
1068 }
1069
1070 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1071 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1072                         struct device_attribute *attr,
1073                         const char *buf, size_t count)
1074 {
1075         int nid = dev->id;
1076
1077         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1078                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1079                 lru_add_drain_all();
1080
1081                 compact_node(nid);
1082         }
1083
1084         return count;
1085 }
1086 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1087
1088 int compaction_register_node(struct node *node)
1089 {
1090         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1091 }
1092
1093 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1094 {
1095         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1096 }
1097 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1098
1099 #endif /* CONFIG_COMPACTION */