mm: compaction: add /proc trigger for memory compaction
[linux-2.6.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 "internal.h"
17
18 /*
19  * compact_control is used to track pages being migrated and the free pages
20  * they are being migrated to during memory compaction. The free_pfn starts
21  * at the end of a zone and migrate_pfn begins at the start. Movable pages
22  * are moved to the end of a zone during a compaction run and the run
23  * completes when free_pfn <= migrate_pfn
24  */
25 struct compact_control {
26         struct list_head freepages;     /* List of free pages to migrate to */
27         struct list_head migratepages;  /* List of pages being migrated */
28         unsigned long nr_freepages;     /* Number of isolated free pages */
29         unsigned long nr_migratepages;  /* Number of pages to migrate */
30         unsigned long free_pfn;         /* isolate_freepages search base */
31         unsigned long migrate_pfn;      /* isolate_migratepages search base */
32
33         /* Account for isolated anon and file pages */
34         unsigned long nr_anon;
35         unsigned long nr_file;
36
37         struct zone *zone;
38 };
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 /* Isolate free pages onto a private freelist. Must hold zone->lock */
55 static unsigned long isolate_freepages_block(struct zone *zone,
56                                 unsigned long blockpfn,
57                                 struct list_head *freelist)
58 {
59         unsigned long zone_end_pfn, end_pfn;
60         int total_isolated = 0;
61         struct page *cursor;
62
63         /* Get the last PFN we should scan for free pages at */
64         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
65         end_pfn = min(blockpfn + pageblock_nr_pages, zone_end_pfn);
66
67         /* Find the first usable PFN in the block to initialse page cursor */
68         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++) {
69                 if (pfn_valid_within(blockpfn))
70                         break;
71         }
72         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
73
74         /* Isolate free pages. This assumes the block is valid */
75         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
76                 int isolated, i;
77                 struct page *page = cursor;
78
79                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
80                         continue;
81
82                 if (!PageBuddy(page))
83                         continue;
84
85                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
86                 isolated = split_free_page(page);
87                 total_isolated += isolated;
88                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
89                         list_add(&page->lru, freelist);
90                         page++;
91                 }
92
93                 /* If a page was split, advance to the end of it */
94                 if (isolated) {
95                         blockpfn += isolated - 1;
96                         cursor += isolated - 1;
97                 }
98         }
99
100         return total_isolated;
101 }
102
103 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
104 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
105 {
106
107         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
108
109         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
110         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
111                 return false;
112
113         /* If the page is a large free page, then allow migration */
114         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
115                 return true;
116
117         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE, allow migration */
118         if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
119                 return true;
120
121         /* Otherwise skip the block */
122         return false;
123 }
124
125 /*
126  * Based on information in the current compact_control, find blocks
127  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
128  */
129 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
130                                 struct compact_control *cc)
131 {
132         struct page *page;
133         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn;
134         unsigned long flags;
135         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
136         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
137
138         pfn = cc->free_pfn;
139         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
140         high_pfn = low_pfn;
141
142         /*
143          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
144          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
145          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
146          */
147         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
148         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
149                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
150                 unsigned long isolated;
151
152                 if (!pfn_valid(pfn))
153                         continue;
154
155                 /*
156                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
157                  * configurations to have a setup like
158                  * node0 node1 node0
159                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
160                  * pages do not belong to a single zone.
161                  */
162                 page = pfn_to_page(pfn);
163                 if (page_zone(page) != zone)
164                         continue;
165
166                 /* Check the block is suitable for migration */
167                 if (!suitable_migration_target(page))
168                         continue;
169
170                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
171                 isolated = isolate_freepages_block(zone, pfn, freelist);
172                 nr_freepages += isolated;
173
174                 /*
175                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
176                  * looking for free pages, the search will restart here as
177                  * page migration may have returned some pages to the allocator
178                  */
179                 if (isolated)
180                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
181         }
182         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
183
184         /* split_free_page does not map the pages */
185         list_for_each_entry(page, freelist, lru) {
186                 arch_alloc_page(page, 0);
187                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
188         }
189
190         cc->free_pfn = high_pfn;
191         cc->nr_freepages = nr_freepages;
192 }
193
194 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
195 static void acct_isolated(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
196 {
197         struct page *page;
198         unsigned int count[NR_LRU_LISTS] = { 0, };
199
200         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru) {
201                 int lru = page_lru_base_type(page);
202                 count[lru]++;
203         }
204
205         cc->nr_anon = count[LRU_ACTIVE_ANON] + count[LRU_INACTIVE_ANON];
206         cc->nr_file = count[LRU_ACTIVE_FILE] + count[LRU_INACTIVE_FILE];
207         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, cc->nr_anon);
208         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, cc->nr_file);
209 }
210
211 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
212 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
213 {
214
215         unsigned long inactive, isolated;
216
217         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
218                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
219         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
220                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
221
222         return isolated > inactive;
223 }
224
225 /*
226  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
227  * the migrate scanner within compact_control.
228  */
229 static unsigned long isolate_migratepages(struct zone *zone,
230                                         struct compact_control *cc)
231 {
232         unsigned long low_pfn, end_pfn;
233         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
234
235         /* Do not scan outside zone boundaries */
236         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
237
238         /* Only scan within a pageblock boundary */
239         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
240
241         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
242         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
243                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
244                 return 0;
245         }
246
247         /*
248          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
249          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
250          * delay for some time until fewer pages are isolated
251          */
252         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
253                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
254
255                 if (fatal_signal_pending(current))
256                         return 0;
257         }
258
259         /* Time to isolate some pages for migration */
260         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
261         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
262                 struct page *page;
263                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
264                         continue;
265
266                 /* Get the page and skip if free */
267                 page = pfn_to_page(low_pfn);
268                 if (PageBuddy(page))
269                         continue;
270
271                 /* Try isolate the page */
272                 if (__isolate_lru_page(page, ISOLATE_BOTH, 0) != 0)
273                         continue;
274
275                 /* Successfully isolated */
276                 del_page_from_lru_list(zone, page, page_lru(page));
277                 list_add(&page->lru, migratelist);
278                 mem_cgroup_del_lru(page);
279                 cc->nr_migratepages++;
280
281                 /* Avoid isolating too much */
282                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX)
283                         break;
284         }
285
286         acct_isolated(zone, cc);
287
288         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
289         cc->migrate_pfn = low_pfn;
290
291         return cc->nr_migratepages;
292 }
293
294 /*
295  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
296  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
297  */
298 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
299                                         unsigned long data,
300                                         int **result)
301 {
302         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
303         struct page *freepage;
304
305         /* Isolate free pages if necessary */
306         if (list_empty(&cc->freepages)) {
307                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
308
309                 if (list_empty(&cc->freepages))
310                         return NULL;
311         }
312
313         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
314         list_del(&freepage->lru);
315         cc->nr_freepages--;
316
317         return freepage;
318 }
319
320 /*
321  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
322  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
323  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
324  */
325 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
326 {
327         int nr_migratepages = 0;
328         int nr_freepages = 0;
329         struct page *page;
330
331         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
332                 nr_migratepages++;
333         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
334                 nr_freepages++;
335
336         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
337         cc->nr_freepages = nr_freepages;
338 }
339
340 static int compact_finished(struct zone *zone,
341                                                 struct compact_control *cc)
342 {
343         if (fatal_signal_pending(current))
344                 return COMPACT_PARTIAL;
345
346         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
347         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn)
348                 return COMPACT_COMPLETE;
349
350         return COMPACT_CONTINUE;
351 }
352
353 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
354 {
355         int ret;
356
357         /* Setup to move all movable pages to the end of the zone */
358         cc->migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
359         cc->free_pfn = cc->migrate_pfn + zone->spanned_pages;
360         cc->free_pfn &= ~(pageblock_nr_pages-1);
361
362         migrate_prep_local();
363
364         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
365                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
366
367                 if (!isolate_migratepages(zone, cc))
368                         continue;
369
370                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
371                 migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
372                                                 (unsigned long)cc, 0);
373                 update_nr_listpages(cc);
374                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
375
376                 count_vm_event(COMPACTBLOCKS);
377                 count_vm_events(COMPACTPAGES, nr_migrate - nr_remaining);
378                 if (nr_remaining)
379                         count_vm_events(COMPACTPAGEFAILED, nr_remaining);
380
381                 /* Release LRU pages not migrated */
382                 if (!list_empty(&cc->migratepages)) {
383                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
384                         cc->nr_migratepages = 0;
385                 }
386
387         }
388
389         /* Release free pages and check accounting */
390         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
391         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
392
393         return ret;
394 }
395
396 /* Compact all zones within a node */
397 static int compact_node(int nid)
398 {
399         int zoneid;
400         pg_data_t *pgdat;
401         struct zone *zone;
402
403         if (nid < 0 || nid >= nr_node_ids || !node_online(nid))
404                 return -EINVAL;
405         pgdat = NODE_DATA(nid);
406
407         /* Flush pending updates to the LRU lists */
408         lru_add_drain_all();
409
410         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
411                 struct compact_control cc = {
412                         .nr_freepages = 0,
413                         .nr_migratepages = 0,
414                 };
415
416                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
417                 if (!populated_zone(zone))
418                         continue;
419
420                 cc.zone = zone;
421                 INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
422                 INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
423
424                 compact_zone(zone, &cc);
425
426                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
427                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
428         }
429
430         return 0;
431 }
432
433 /* Compact all nodes in the system */
434 static int compact_nodes(void)
435 {
436         int nid;
437
438         for_each_online_node(nid)
439                 compact_node(nid);
440
441         return COMPACT_COMPLETE;
442 }
443
444 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
445 int sysctl_compact_memory;
446
447 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
448 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
449                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
450 {
451         if (write)
452                 return compact_nodes();
453
454         return 0;
455 }