]> git.openfabrics.org - ~shefty/rdma-dev.git/blob - mm/compaction.c
6b807e46649703909d0662a44f88d7c4b2057635
[~shefty/rdma-dev.git] / 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 <linux/balloon_compaction.h>
18 #include "internal.h"
19
20 #ifdef CONFIG_COMPACTION
21 static inline void count_compact_event(enum vm_event_item item)
22 {
23         count_vm_event(item);
24 }
25
26 static inline void count_compact_events(enum vm_event_item item, long delta)
27 {
28         count_vm_events(item, delta);
29 }
30 #else
31 #define count_compact_event(item) do { } while (0)
32 #define count_compact_events(item, delta) do { } while (0)
33 #endif
34
35 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
36
37 #define CREATE_TRACE_POINTS
38 #include <trace/events/compaction.h>
39
40 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
41 {
42         struct page *page, *next;
43         unsigned long count = 0;
44
45         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
46                 list_del(&page->lru);
47                 __free_page(page);
48                 count++;
49         }
50
51         return count;
52 }
53
54 static void map_pages(struct list_head *list)
55 {
56         struct page *page;
57
58         list_for_each_entry(page, list, lru) {
59                 arch_alloc_page(page, 0);
60                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
61         }
62 }
63
64 static inline bool migrate_async_suitable(int migratetype)
65 {
66         return is_migrate_cma(migratetype) || migratetype == MIGRATE_MOVABLE;
67 }
68
69 #ifdef CONFIG_COMPACTION
70 /* Returns true if the pageblock should be scanned for pages to isolate. */
71 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
72                                         struct page *page)
73 {
74         if (cc->ignore_skip_hint)
75                 return true;
76
77         return !get_pageblock_skip(page);
78 }
79
80 /*
81  * This function is called to clear all cached information on pageblocks that
82  * should be skipped for page isolation when the migrate and free page scanner
83  * meet.
84  */
85 static void __reset_isolation_suitable(struct zone *zone)
86 {
87         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
88         unsigned long end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
89         unsigned long pfn;
90
91         zone->compact_cached_migrate_pfn = start_pfn;
92         zone->compact_cached_free_pfn = end_pfn;
93         zone->compact_blockskip_flush = false;
94
95         /* Walk the zone and mark every pageblock as suitable for isolation */
96         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
97                 struct page *page;
98
99                 cond_resched();
100
101                 if (!pfn_valid(pfn))
102                         continue;
103
104                 page = pfn_to_page(pfn);
105                 if (zone != page_zone(page))
106                         continue;
107
108                 clear_pageblock_skip(page);
109         }
110 }
111
112 void reset_isolation_suitable(pg_data_t *pgdat)
113 {
114         int zoneid;
115
116         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
117                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
118                 if (!populated_zone(zone))
119                         continue;
120
121                 /* Only flush if a full compaction finished recently */
122                 if (zone->compact_blockskip_flush)
123                         __reset_isolation_suitable(zone);
124         }
125 }
126
127 /*
128  * If no pages were isolated then mark this pageblock to be skipped in the
129  * future. The information is later cleared by __reset_isolation_suitable().
130  */
131 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
132                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
133                         bool migrate_scanner)
134 {
135         struct zone *zone = cc->zone;
136         if (!page)
137                 return;
138
139         if (!nr_isolated) {
140                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
141                 set_pageblock_skip(page);
142
143                 /* Update where compaction should restart */
144                 if (migrate_scanner) {
145                         if (!cc->finished_update_migrate &&
146                             pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn)
147                                 zone->compact_cached_migrate_pfn = pfn;
148                 } else {
149                         if (!cc->finished_update_free &&
150                             pfn < zone->compact_cached_free_pfn)
151                                 zone->compact_cached_free_pfn = pfn;
152                 }
153         }
154 }
155 #else
156 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
157                                         struct page *page)
158 {
159         return true;
160 }
161
162 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
163                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
164                         bool migrate_scanner)
165 {
166 }
167 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
168
169 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
170 {
171         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
172 }
173
174 /*
175  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
176  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
177  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
178  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
179  *
180  * Returns true if the lock is held.
181  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
182  */
183 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
184                                       bool locked, struct compact_control *cc)
185 {
186         if (should_release_lock(lock)) {
187                 if (locked) {
188                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
189                         locked = false;
190                 }
191
192                 /* async aborts if taking too long or contended */
193                 if (!cc->sync) {
194                         cc->contended = true;
195                         return false;
196                 }
197
198                 cond_resched();
199         }
200
201         if (!locked)
202                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
203         return true;
204 }
205
206 static inline bool compact_trylock_irqsave(spinlock_t *lock,
207                         unsigned long *flags, struct compact_control *cc)
208 {
209         return compact_checklock_irqsave(lock, flags, false, cc);
210 }
211
212 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
213 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
214 {
215         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
216
217         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
218         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
219                 return false;
220
221         /* If the page is a large free page, then allow migration */
222         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
223                 return true;
224
225         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
226         if (migrate_async_suitable(migratetype))
227                 return true;
228
229         /* Otherwise skip the block */
230         return false;
231 }
232
233 /*
234  * Isolate free pages onto a private freelist. Caller must hold zone->lock.
235  * If @strict is true, will abort returning 0 on any invalid PFNs or non-free
236  * pages inside of the pageblock (even though it may still end up isolating
237  * some pages).
238  */
239 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
240                                 unsigned long blockpfn,
241                                 unsigned long end_pfn,
242                                 struct list_head *freelist,
243                                 bool strict)
244 {
245         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
246         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
247         unsigned long nr_strict_required = end_pfn - blockpfn;
248         unsigned long flags;
249         bool locked = false;
250
251         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
252
253         /* Isolate free pages. */
254         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
255                 int isolated, i;
256                 struct page *page = cursor;
257
258                 nr_scanned++;
259                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
260                         continue;
261                 if (!valid_page)
262                         valid_page = page;
263                 if (!PageBuddy(page))
264                         continue;
265
266                 /*
267                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
268                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
269                  * heavily contended if there are parallel allocations
270                  * or parallel compactions. For async compaction do not
271                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
272                  * possible.
273                  */
274                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
275                                                                 locked, cc);
276                 if (!locked)
277                         break;
278
279                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
280                 if (!strict && !suitable_migration_target(page))
281                         break;
282
283                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
284                 if (!PageBuddy(page))
285                         continue;
286
287                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
288                 isolated = split_free_page(page);
289                 if (!isolated && strict)
290                         break;
291                 total_isolated += isolated;
292                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
293                         list_add(&page->lru, freelist);
294                         page++;
295                 }
296
297                 /* If a page was split, advance to the end of it */
298                 if (isolated) {
299                         blockpfn += isolated - 1;
300                         cursor += isolated - 1;
301                 }
302         }
303
304         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
305
306         /*
307          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
308          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
309          * returned and CMA will fail.
310          */
311         if (strict && nr_strict_required > total_isolated)
312                 total_isolated = 0;
313
314         if (locked)
315                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
316
317         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
318         if (blockpfn == end_pfn)
319                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, total_isolated, false);
320
321         count_compact_events(COMPACTFREE_SCANNED, nr_scanned);
322         if (total_isolated)
323                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, total_isolated);
324         return total_isolated;
325 }
326
327 /**
328  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
329  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
330  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
331  *
332  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
333  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
334  * undo its actions and return zero.
335  *
336  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
337  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
338  * a free page).
339  */
340 unsigned long
341 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
342                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
343 {
344         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
345         LIST_HEAD(freelist);
346
347         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
348                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
349                         break;
350
351                 /*
352                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
353                  * but we keep it that we not to complicate the code.
354                  */
355                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
356                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
357
358                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
359                                                    &freelist, true);
360
361                 /*
362                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
363                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
364                  * non-free pages).
365                  */
366                 if (!isolated)
367                         break;
368
369                 /*
370                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
371                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
372                  * page may span two pageblocks).
373                  */
374         }
375
376         /* split_free_page does not map the pages */
377         map_pages(&freelist);
378
379         if (pfn < end_pfn) {
380                 /* Loop terminated early, cleanup. */
381                 release_freepages(&freelist);
382                 return 0;
383         }
384
385         /* We don't use freelists for anything. */
386         return pfn;
387 }
388
389 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
390 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
391 {
392         struct page *page;
393         unsigned int count[2] = { 0, };
394
395         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
396                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
397
398         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
399         if (locked) {
400                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
401                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
402         } else {
403                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
404                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
405         }
406 }
407
408 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
409 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
410 {
411         unsigned long active, inactive, isolated;
412
413         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
414                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
415         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
416                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
417         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
418                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
419
420         return isolated > (inactive + active) / 2;
421 }
422
423 /**
424  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
425  * @zone:       Zone pages are in.
426  * @cc:         Compaction control structure.
427  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
428  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
429  * @unevictable: true if it allows to isolate unevictable pages
430  *
431  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
432  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
433  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
434  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
435  *
436  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
437  * zero.
438  *
439  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
440  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
441  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
442  */
443 unsigned long
444 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
445                 unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn, bool unevictable)
446 {
447         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
448         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
449         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
450         isolate_mode_t mode = 0;
451         struct lruvec *lruvec;
452         unsigned long flags;
453         bool locked = false;
454         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
455
456         /*
457          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
458          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
459          * delay for some time until fewer pages are isolated
460          */
461         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
462                 /* async migration should just abort */
463                 if (!cc->sync)
464                         return 0;
465
466                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
467
468                 if (fatal_signal_pending(current))
469                         return 0;
470         }
471
472         /* Time to isolate some pages for migration */
473         cond_resched();
474         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
475                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
476                 if (locked && !((low_pfn+1) % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
477                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
478                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
479                                 locked = false;
480                         }
481                 }
482
483                 /*
484                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
485                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
486                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
487                  * memory holes within the zone
488                  */
489                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
490                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
491                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
492                                 continue;
493                         }
494                 }
495
496                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
497                         continue;
498                 nr_scanned++;
499
500                 /*
501                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
502                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
503                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
504                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
505                  */
506                 page = pfn_to_page(low_pfn);
507                 if (page_zone(page) != zone)
508                         continue;
509
510                 if (!valid_page)
511                         valid_page = page;
512
513                 /* If isolation recently failed, do not retry */
514                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
515                 if (!isolation_suitable(cc, page))
516                         goto next_pageblock;
517
518                 /* Skip if free */
519                 if (PageBuddy(page))
520                         continue;
521
522                 /*
523                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
524                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
525                  * satisfies the allocation
526                  */
527                 if (!cc->sync && last_pageblock_nr != pageblock_nr &&
528                     !migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page))) {
529                         cc->finished_update_migrate = true;
530                         goto next_pageblock;
531                 }
532
533                 /*
534                  * Check may be lockless but that's ok as we recheck later.
535                  * It's possible to migrate LRU pages and balloon pages
536                  * Skip any other type of page
537                  */
538                 if (!PageLRU(page)) {
539                         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
540                                 if (locked && balloon_page_isolate(page)) {
541                                         /* Successfully isolated */
542                                         cc->finished_update_migrate = true;
543                                         list_add(&page->lru, migratelist);
544                                         cc->nr_migratepages++;
545                                         nr_isolated++;
546                                         goto check_compact_cluster;
547                                 }
548                         }
549                         continue;
550                 }
551
552                 /*
553                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
554                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
555                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
556                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
557                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
558                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
559                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
560                  * page underneath us may return surprising results.
561                  */
562                 if (PageTransHuge(page)) {
563                         if (!locked)
564                                 goto next_pageblock;
565                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
566                         continue;
567                 }
568
569                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
570                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
571                                                                 locked, cc);
572                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
573                         break;
574
575                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
576                 if (!PageLRU(page))
577                         continue;
578                 if (PageTransHuge(page)) {
579                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
580                         continue;
581                 }
582
583                 if (!cc->sync)
584                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
585
586                 if (unevictable)
587                         mode |= ISOLATE_UNEVICTABLE;
588
589                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
590
591                 /* Try isolate the page */
592                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
593                         continue;
594
595                 VM_BUG_ON(PageTransCompound(page));
596
597                 /* Successfully isolated */
598                 cc->finished_update_migrate = true;
599                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
600                 list_add(&page->lru, migratelist);
601                 cc->nr_migratepages++;
602                 nr_isolated++;
603
604 check_compact_cluster:
605                 /* Avoid isolating too much */
606                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
607                         ++low_pfn;
608                         break;
609                 }
610
611                 continue;
612
613 next_pageblock:
614                 low_pfn += pageblock_nr_pages;
615                 low_pfn = ALIGN(low_pfn, pageblock_nr_pages) - 1;
616                 last_pageblock_nr = pageblock_nr;
617         }
618
619         acct_isolated(zone, locked, cc);
620
621         if (locked)
622                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
623
624         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
625         if (low_pfn == end_pfn)
626                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated, true);
627
628         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
629
630         count_compact_events(COMPACTMIGRATE_SCANNED, nr_scanned);
631         if (nr_isolated)
632                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, nr_isolated);
633
634         return low_pfn;
635 }
636
637 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
638 #ifdef CONFIG_COMPACTION
639 /*
640  * Based on information in the current compact_control, find blocks
641  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
642  */
643 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
644                                 struct compact_control *cc)
645 {
646         struct page *page;
647         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, zone_end_pfn, end_pfn;
648         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
649         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
650
651         /*
652          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
653          * scanned from (or the end of the zone if starting). The low point
654          * is the end of the pageblock the migration scanner is using.
655          */
656         pfn = cc->free_pfn;
657         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
658
659         /*
660          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
661          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
662          * in the next isolation cycle.
663          */
664         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
665
666         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
667
668         /*
669          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
670          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
671          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
672          */
673         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
674                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
675                 unsigned long isolated;
676
677                 if (!pfn_valid(pfn))
678                         continue;
679
680                 /*
681                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
682                  * configurations to have a setup like
683                  * node0 node1 node0
684                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
685                  * pages do not belong to a single zone.
686                  */
687                 page = pfn_to_page(pfn);
688                 if (page_zone(page) != zone)
689                         continue;
690
691                 /* Check the block is suitable for migration */
692                 if (!suitable_migration_target(page))
693                         continue;
694
695                 /* If isolation recently failed, do not retry */
696                 if (!isolation_suitable(cc, page))
697                         continue;
698
699                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
700                 isolated = 0;
701
702                 /*
703                  * As pfn may not start aligned, pfn+pageblock_nr_page
704                  * may cross a MAX_ORDER_NR_PAGES boundary and miss
705                  * a pfn_valid check. Ensure isolate_freepages_block()
706                  * only scans within a pageblock
707                  */
708                 end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
709                 end_pfn = min(end_pfn, zone_end_pfn);
710                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, end_pfn,
711                                                    freelist, false);
712                 nr_freepages += isolated;
713
714                 /*
715                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
716                  * looking for free pages, the search will restart here as
717                  * page migration may have returned some pages to the allocator
718                  */
719                 if (isolated) {
720                         cc->finished_update_free = true;
721                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
722                 }
723         }
724
725         /* split_free_page does not map the pages */
726         map_pages(freelist);
727
728         cc->free_pfn = high_pfn;
729         cc->nr_freepages = nr_freepages;
730 }
731
732 /*
733  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
734  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
735  */
736 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
737                                         unsigned long data,
738                                         int **result)
739 {
740         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
741         struct page *freepage;
742
743         /* Isolate free pages if necessary */
744         if (list_empty(&cc->freepages)) {
745                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
746
747                 if (list_empty(&cc->freepages))
748                         return NULL;
749         }
750
751         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
752         list_del(&freepage->lru);
753         cc->nr_freepages--;
754
755         return freepage;
756 }
757
758 /*
759  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
760  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
761  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
762  */
763 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
764 {
765         int nr_migratepages = 0;
766         int nr_freepages = 0;
767         struct page *page;
768
769         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
770                 nr_migratepages++;
771         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
772                 nr_freepages++;
773
774         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
775         cc->nr_freepages = nr_freepages;
776 }
777
778 /* possible outcome of isolate_migratepages */
779 typedef enum {
780         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
781         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
782         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
783 } isolate_migrate_t;
784
785 /*
786  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
787  * the migrate scanner within compact_control.
788  */
789 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
790                                         struct compact_control *cc)
791 {
792         unsigned long low_pfn, end_pfn;
793
794         /* Do not scan outside zone boundaries */
795         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
796
797         /* Only scan within a pageblock boundary */
798         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
799
800         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
801         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
802                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
803                 return ISOLATE_NONE;
804         }
805
806         /* Perform the isolation */
807         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn, false);
808         if (!low_pfn || cc->contended)
809                 return ISOLATE_ABORT;
810
811         cc->migrate_pfn = low_pfn;
812
813         return ISOLATE_SUCCESS;
814 }
815
816 static int compact_finished(struct zone *zone,
817                             struct compact_control *cc)
818 {
819         unsigned long watermark;
820
821         if (fatal_signal_pending(current))
822                 return COMPACT_PARTIAL;
823
824         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
825         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
826                 /*
827                  * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
828                  * by kswapd when it goes to sleep. kswapd does not set the
829                  * flag itself as the decision to be clear should be directly
830                  * based on an allocation request.
831                  */
832                 if (!current_is_kswapd())
833                         zone->compact_blockskip_flush = true;
834
835                 return COMPACT_COMPLETE;
836         }
837
838         /*
839          * order == -1 is expected when compacting via
840          * /proc/sys/vm/compact_memory
841          */
842         if (cc->order == -1)
843                 return COMPACT_CONTINUE;
844
845         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
846         watermark = low_wmark_pages(zone);
847         watermark += (1 << cc->order);
848
849         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
850                 return COMPACT_CONTINUE;
851
852         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
853         if (cc->page) {
854                 /* Was a suitable page captured? */
855                 if (*cc->page)
856                         return COMPACT_PARTIAL;
857         } else {
858                 unsigned int order;
859                 for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
860                         struct free_area *area = &zone->free_area[cc->order];
861                         /* Job done if page is free of the right migratetype */
862                         if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
863                                 return COMPACT_PARTIAL;
864
865                         /* Job done if allocation would set block type */
866                         if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
867                                 return COMPACT_PARTIAL;
868                 }
869         }
870
871         return COMPACT_CONTINUE;
872 }
873
874 /*
875  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
876  * Returns
877  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
878  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
879  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
880  */
881 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
882 {
883         int fragindex;
884         unsigned long watermark;
885
886         /*
887          * order == -1 is expected when compacting via
888          * /proc/sys/vm/compact_memory
889          */
890         if (order == -1)
891                 return COMPACT_CONTINUE;
892
893         /*
894          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
895          * This is because during migration, copies of pages need to be
896          * allocated and for a short time, the footprint is higher
897          */
898         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
899         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
900                 return COMPACT_SKIPPED;
901
902         /*
903          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
904          * low memory or external fragmentation
905          *
906          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
907          * watermarks
908          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
909          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
910          *
911          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
912          */
913         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
914         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
915                 return COMPACT_SKIPPED;
916
917         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
918             0, 0))
919                 return COMPACT_PARTIAL;
920
921         return COMPACT_CONTINUE;
922 }
923
924 static void compact_capture_page(struct compact_control *cc)
925 {
926         unsigned long flags;
927         int mtype, mtype_low, mtype_high;
928
929         if (!cc->page || *cc->page)
930                 return;
931
932         /*
933          * For MIGRATE_MOVABLE allocations we capture a suitable page ASAP
934          * regardless of the migratetype of the freelist is is captured from.
935          * This is fine because the order for a high-order MIGRATE_MOVABLE
936          * allocation is typically at least a pageblock size and overall
937          * fragmentation is not impaired. Other allocation types must
938          * capture pages from their own migratelist because otherwise they
939          * could pollute other pageblocks like MIGRATE_MOVABLE with
940          * difficult to move pages and making fragmentation worse overall.
941          */
942         if (cc->migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
943                 mtype_low = 0;
944                 mtype_high = MIGRATE_PCPTYPES;
945         } else {
946                 mtype_low = cc->migratetype;
947                 mtype_high = cc->migratetype + 1;
948         }
949
950         /* Speculatively examine the free lists without zone lock */
951         for (mtype = mtype_low; mtype < mtype_high; mtype++) {
952                 int order;
953                 for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
954                         struct page *page;
955                         struct free_area *area;
956                         area = &(cc->zone->free_area[order]);
957                         if (list_empty(&area->free_list[mtype]))
958                                 continue;
959
960                         /* Take the lock and attempt capture of the page */
961                         if (!compact_trylock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags, cc))
962                                 return;
963                         if (!list_empty(&area->free_list[mtype])) {
964                                 page = list_entry(area->free_list[mtype].next,
965                                                         struct page, lru);
966                                 if (capture_free_page(page, cc->order, mtype)) {
967                                         spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock,
968                                                                         flags);
969                                         *cc->page = page;
970                                         return;
971                                 }
972                         }
973                         spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
974                 }
975         }
976 }
977
978 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
979 {
980         int ret;
981         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
982         unsigned long end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
983
984         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
985         switch (ret) {
986         case COMPACT_PARTIAL:
987         case COMPACT_SKIPPED:
988                 /* Compaction is likely to fail */
989                 return ret;
990         case COMPACT_CONTINUE:
991                 /* Fall through to compaction */
992                 ;
993         }
994
995         /*
996          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
997          * information on where the scanners should start but check that it
998          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
999          */
1000         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn;
1001         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
1002         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
1003                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1004                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
1005         }
1006         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
1007                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
1008                 zone->compact_cached_migrate_pfn = cc->migrate_pfn;
1009         }
1010
1011         /*
1012          * Clear pageblock skip if there were failures recently and compaction
1013          * is about to be retried after being deferred. kswapd does not do
1014          * this reset as it'll reset the cached information when going to sleep.
1015          */
1016         if (compaction_restarting(zone, cc->order) && !current_is_kswapd())
1017                 __reset_isolation_suitable(zone);
1018
1019         migrate_prep_local();
1020
1021         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
1022                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
1023                 int err;
1024
1025                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
1026                 case ISOLATE_ABORT:
1027                         ret = COMPACT_PARTIAL;
1028                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1029                         cc->nr_migratepages = 0;
1030                         goto out;
1031                 case ISOLATE_NONE:
1032                         continue;
1033                 case ISOLATE_SUCCESS:
1034                         ;
1035                 }
1036
1037                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
1038                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
1039                                 (unsigned long)cc, false,
1040                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC,
1041                                 MR_COMPACTION);
1042                 update_nr_listpages(cc);
1043                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
1044
1045                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
1046                                                 nr_remaining);
1047
1048                 /* Release isolated pages not migrated */
1049                 if (err) {
1050                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1051                         cc->nr_migratepages = 0;
1052                         if (err == -ENOMEM) {
1053                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
1054                                 goto out;
1055                         }
1056                 }
1057
1058                 /* Capture a page now if it is a suitable size */
1059                 compact_capture_page(cc);
1060         }
1061
1062 out:
1063         /* Release free pages and check accounting */
1064         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
1065         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
1066
1067         return ret;
1068 }
1069
1070 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
1071                                  int order, gfp_t gfp_mask,
1072                                  bool sync, bool *contended,
1073                                  struct page **page)
1074 {
1075         unsigned long ret;
1076         struct compact_control cc = {
1077                 .nr_freepages = 0,
1078                 .nr_migratepages = 0,
1079                 .order = order,
1080                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1081                 .zone = zone,
1082                 .sync = sync,
1083                 .page = page,
1084         };
1085         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1086         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1087
1088         ret = compact_zone(zone, &cc);
1089
1090         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1091         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1092
1093         *contended = cc.contended;
1094         return ret;
1095 }
1096
1097 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1098
1099 /**
1100  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1101  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1102  * @order: The order of the current allocation
1103  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1104  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1105  * @sync: Whether migration is synchronous or not
1106  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1107  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1108  *
1109  * This is the main entry point for direct page compaction.
1110  */
1111 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1112                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1113                         bool sync, bool *contended, struct page **page)
1114 {
1115         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1116         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1117         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1118         struct zoneref *z;
1119         struct zone *zone;
1120         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1121         int alloc_flags = 0;
1122
1123         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1124         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1125                 return rc;
1126
1127         count_compact_event(COMPACTSTALL);
1128
1129 #ifdef CONFIG_CMA
1130         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1131                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1132 #endif
1133         /* Compact each zone in the list */
1134         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1135                                                                 nodemask) {
1136                 int status;
1137
1138                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
1139                                                 contended, page);
1140                 rc = max(status, rc);
1141
1142                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1143                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1144                                       alloc_flags))
1145                         break;
1146         }
1147
1148         return rc;
1149 }
1150
1151
1152 /* Compact all zones within a node */
1153 static int __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1154 {
1155         int zoneid;
1156         struct zone *zone;
1157
1158         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1159
1160                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1161                 if (!populated_zone(zone))
1162                         continue;
1163
1164                 cc->nr_freepages = 0;
1165                 cc->nr_migratepages = 0;
1166                 cc->zone = zone;
1167                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1168                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1169
1170                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1171                         compact_zone(zone, cc);
1172
1173                 if (cc->order > 0) {
1174                         int ok = zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1175                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0);
1176                         if (ok && cc->order >= zone->compact_order_failed)
1177                                 zone->compact_order_failed = cc->order + 1;
1178                         /* Currently async compaction is never deferred. */
1179                         else if (!ok && cc->sync)
1180                                 defer_compaction(zone, cc->order);
1181                 }
1182
1183                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1184                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1185         }
1186
1187         return 0;
1188 }
1189
1190 int compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1191 {
1192         struct compact_control cc = {
1193                 .order = order,
1194                 .sync = false,
1195                 .page = NULL,
1196         };
1197
1198         return __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1199 }
1200
1201 static int compact_node(int nid)
1202 {
1203         struct compact_control cc = {
1204                 .order = -1,
1205                 .sync = true,
1206                 .page = NULL,
1207         };
1208
1209         return __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1210 }
1211
1212 /* Compact all nodes in the system */
1213 static int compact_nodes(void)
1214 {
1215         int nid;
1216
1217         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1218         lru_add_drain_all();
1219
1220         for_each_online_node(nid)
1221                 compact_node(nid);
1222
1223         return COMPACT_COMPLETE;
1224 }
1225
1226 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1227 int sysctl_compact_memory;
1228
1229 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1230 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1231                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1232 {
1233         if (write)
1234                 return compact_nodes();
1235
1236         return 0;
1237 }
1238
1239 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1240                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1241 {
1242         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1243
1244         return 0;
1245 }
1246
1247 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1248 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1249                         struct device_attribute *attr,
1250                         const char *buf, size_t count)
1251 {
1252         int nid = dev->id;
1253
1254         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1255                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1256                 lru_add_drain_all();
1257
1258                 compact_node(nid);
1259         }
1260
1261         return count;
1262 }
1263 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1264
1265 int compaction_register_node(struct node *node)
1266 {
1267         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1268 }
1269
1270 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1271 {
1272         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1273 }
1274 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1275
1276 #endif /* CONFIG_COMPACTION */