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 "internal.h"
  16
  17 /*
  18  * compact_control is used to track pages being migrated and the free pages
  19  * they are being migrated to during memory compaction. The free_pfn starts
  20  * at the end of a zone and migrate_pfn begins at the start. Movable pages
  21  * are moved to the end of a zone during a compaction run and the run
  22  * completes when free_pfn <= migrate_pfn
  23  */
  24 struct compact_control {
  25         struct list_head freepages;     /* List of free pages to migrate to */
  26         struct list_head migratepages;  /* List of pages being migrated */
  27         unsigned long nr_freepages;     /* Number of isolated free pages */
  28         unsigned long nr_migratepages;  /* Number of pages to migrate */
  29         unsigned long free_pfn;         /* isolate_freepages search base */
  30         unsigned long migrate_pfn;      /* isolate_migratepages search base */
  31
  32         /* Account for isolated anon and file pages */
  33         unsigned long nr_anon;
  34         unsigned long nr_file;
  35
  36         struct zone *zone;
  37 };
  38
  39 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
  40 {
  41         struct page *page, *next;
  42         unsigned long count = 0;
  43
  44         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
  45                 list_del(&page->lru);
  46                 __free_page(page);
  47                 count++;
  48         }
  49
  50         return count;
  51 }
  52
  53 /* Isolate free pages onto a private freelist. Must hold zone->lock */
  54 static unsigned long isolate_freepages_block(struct zone *zone,
  55                                 unsigned long blockpfn,
  56                                 struct list_head *freelist)
  57 {
  58         unsigned long zone_end_pfn, end_pfn;
  59         int total_isolated = 0;
  60         struct page *cursor;
  61
  62         /* Get the last PFN we should scan for free pages at */
  63         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
  64         end_pfn = min(blockpfn + pageblock_nr_pages, zone_end_pfn);
  65
  66         /* Find the first usable PFN in the block to initialse page cursor */
  67         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++) {
  68                 if (pfn_valid_within(blockpfn))
  69                         break;
  70         }
  71         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
  72
  73         /* Isolate free pages. This assumes the block is valid */
  74         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
  75                 int isolated, i;
  76                 struct page *page = cursor;
  77
  78                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
  79                         continue;
  80
  81                 if (!PageBuddy(page))
  82                         continue;
  83
  84                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
  85                 isolated = split_free_page(page);
  86                 total_isolated += isolated;
  87                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
  88                         list_add(&page->lru, freelist);
  89                         page++;
  90                 }
  91
  92                 /* If a page was split, advance to the end of it */
  93                 if (isolated) {
  94                         blockpfn += isolated - 1;
  95                         cursor += isolated - 1;
  96                 }
  97         }
  98
  99         return total_isolated;
 100 }
 101
 102 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
 103 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
 104 {
 105
 106         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
 107
 108         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
 109         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
 110                 return false;
 111
 112         /* If the page is a large free page, then allow migration */
 113         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
 114                 return true;
 115
 116         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE, allow migration */
 117         if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
 118                 return true;
 119
 120         /* Otherwise skip the block */
 121         return false;
 122 }
 123
 124 /*
 125  * Based on information in the current compact_control, find blocks
 126  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 127  */
 128 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
 129                                 struct compact_control *cc)
 130 {
 131         struct page *page;
 132         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn;
 133         unsigned long flags;
 134         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
 135         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
 136
 137         pfn = cc->free_pfn;
 138         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
 139         high_pfn = low_pfn;
 140
 141         /*
 142          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 143          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 144          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 145          */
 146         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
 147         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
 148                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
 149                 unsigned long isolated;
 150
 151                 if (!pfn_valid(pfn))
 152                         continue;
 153
 154                 /*
 155                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
 156                  * configurations to have a setup like
 157                  * node0 node1 node0
 158                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
 159                  * pages do not belong to a single zone.
 160                  */
 161                 page = pfn_to_page(pfn);
 162                 if (page_zone(page) != zone)
 163                         continue;
 164
 165                 /* Check the block is suitable for migration */
 166                 if (!suitable_migration_target(page))
 167                         continue;
 168
 169                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
 170                 isolated = isolate_freepages_block(zone, pfn, freelist);
 171                 nr_freepages += isolated;
 172
 173                 /*
 174                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
 175                  * looking for free pages, the search will restart here as
 176                  * page migration may have returned some pages to the allocator
 177                  */
 178                 if (isolated)
 179                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
 180         }
 181         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
 182
 183         /* split_free_page does not map the pages */
 184         list_for_each_entry(page, freelist, lru) {
 185                 arch_alloc_page(page, 0);
 186                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
 187         }
 188
 189         cc->free_pfn = high_pfn;
 190         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 191 }
 192
 193 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
 194 static void acct_isolated(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 195 {
 196         struct page *page;
 197         unsigned int count[NR_LRU_LISTS] = { 0, };
 198
 199         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru) {
 200                 int lru = page_lru_base_type(page);
 201                 count[lru]++;
 202         }
 203
 204         cc->nr_anon = count[LRU_ACTIVE_ANON] + count[LRU_INACTIVE_ANON];
 205         cc->nr_file = count[LRU_ACTIVE_FILE] + count[LRU_INACTIVE_FILE];
 206         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, cc->nr_anon);
 207         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, cc->nr_file);
 208 }
 209
 210 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
 211 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
 212 {
 213
 214         unsigned long inactive, isolated;
 215
 216         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
 217                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
 218         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
 219                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
 220
 221         return isolated > inactive;
 222 }
 223
 224 /*
 225  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
 226  * the migrate scanner within compact_control.
 227  */
 228 static unsigned long isolate_migratepages(struct zone *zone,
 229                                         struct compact_control *cc)
 230 {
 231         unsigned long low_pfn, end_pfn;
 232         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
 233
 234         /* Do not scan outside zone boundaries */
 235         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
 236
 237         /* Only scan within a pageblock boundary */
 238         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
 239
 240         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
 241         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
 242                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
 243                 return 0;
 244         }
 245
 246         /*
 247          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 248          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 249          * delay for some time until fewer pages are isolated
 250          */
 251         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
 252                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
 253
 254                 if (fatal_signal_pending(current))
 255                         return 0;
 256         }
 257
 258         /* Time to isolate some pages for migration */
 259         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
 260         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
 261                 struct page *page;
 262                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
 263                         continue;
 264
 265                 /* Get the page and skip if free */
 266                 page = pfn_to_page(low_pfn);
 267                 if (PageBuddy(page))
 268                         continue;
 269
 270                 /* Try isolate the page */
 271                 if (__isolate_lru_page(page, ISOLATE_BOTH, 0) != 0)
 272                         continue;
 273
 274                 /* Successfully isolated */
 275                 del_page_from_lru_list(zone, page, page_lru(page));
 276                 list_add(&page->lru, migratelist);
 277                 mem_cgroup_del_lru(page);
 278                 cc->nr_migratepages++;
 279
 280                 /* Avoid isolating too much */
 281                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX)
 282                         break;
 283         }
 284
 285         acct_isolated(zone, cc);
 286
 287         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
 288         cc->migrate_pfn = low_pfn;
 289
 290         return cc->nr_migratepages;
 291 }
 292
 293 /*
 294  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 295  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 296  */
 297 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
 298                                         unsigned long data,
 299                                         int **result)
 300 {
 301         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 302         struct page *freepage;
 303
 304         /* Isolate free pages if necessary */
 305         if (list_empty(&cc->freepages)) {
 306                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
 307
 308                 if (list_empty(&cc->freepages))
 309                         return NULL;
 310         }
 311
 312         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
 313         list_del(&freepage->lru);
 314         cc->nr_freepages--;
 315
 316         return freepage;
 317 }
 318
 319 /*
 320  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
 321  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
 322  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
 323  */
 324 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
 325 {
 326         int nr_migratepages = 0;
 327         int nr_freepages = 0;
 328         struct page *page;
 329
 330         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
 331                 nr_migratepages++;
 332         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
 333                 nr_freepages++;
 334
 335         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
 336         cc->nr_freepages = nr_freepages;
 337 }
 338
 339 static int compact_finished(struct zone *zone,
 340                                                 struct compact_control *cc)
 341 {
 342         if (fatal_signal_pending(current))
 343                 return COMPACT_PARTIAL;
 344
 345         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 346         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn)
 347                 return COMPACT_COMPLETE;
 348
 349         return COMPACT_CONTINUE;
 350 }
 351
 352 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
 353 {
 354         int ret;
 355
 356         /* Setup to move all movable pages to the end of the zone */
 357         cc->migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
 358         cc->free_pfn = cc->migrate_pfn + zone->spanned_pages;
 359         cc->free_pfn &= ~(pageblock_nr_pages-1);
 360
 361         migrate_prep_local();
 362
 363         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
 364                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
 365
 366                 if (!isolate_migratepages(zone, cc))
 367                         continue;
 368
 369                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
 370                 migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
 371                                                 (unsigned long)cc, 0);
 372                 update_nr_listpages(cc);
 373                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
 374
 375                 count_vm_event(COMPACTBLOCKS);
 376                 count_vm_events(COMPACTPAGES, nr_migrate - nr_remaining);
 377                 if (nr_remaining)
 378                         count_vm_events(COMPACTPAGEFAILED, nr_remaining);
 379
 380                 /* Release LRU pages not migrated */
 381                 if (!list_empty(&cc->migratepages)) {
 382                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
 383                         cc->nr_migratepages = 0;
 384                 }
 385
 386         }
 387
 388         /* Release free pages and check accounting */
 389         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
 390         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
 391
 392         return ret;
 393 }