mm/compaction.c: avoid double mem_cgroup_del_lru()
[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 <linux/sysfs.h>
17 #include "internal.h"
18
19 /*
20  * compact_control is used to track pages being migrated and the free pages
21  * they are being migrated to during memory compaction. The free_pfn starts
22  * at the end of a zone and migrate_pfn begins at the start. Movable pages
23  * are moved to the end of a zone during a compaction run and the run
24  * completes when free_pfn <= migrate_pfn
25  */
26 struct compact_control {
27         struct list_head freepages;     /* List of free pages to migrate to */
28         struct list_head migratepages;  /* List of pages being migrated */
29         unsigned long nr_freepages;     /* Number of isolated free pages */
30         unsigned long nr_migratepages;  /* Number of pages to migrate */
31         unsigned long free_pfn;         /* isolate_freepages search base */
32         unsigned long migrate_pfn;      /* isolate_migratepages search base */
33
34         /* Account for isolated anon and file pages */
35         unsigned long nr_anon;
36         unsigned long nr_file;
37
38         unsigned int order;             /* order a direct compactor needs */
39         int migratetype;                /* MOVABLE, RECLAIMABLE etc */
40         struct zone *zone;
41 };
42
43 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
44 {
45         struct page *page, *next;
46         unsigned long count = 0;
47
48         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
49                 list_del(&page->lru);
50                 __free_page(page);
51                 count++;
52         }
53
54         return count;
55 }
56
57 /* Isolate free pages onto a private freelist. Must hold zone->lock */
58 static unsigned long isolate_freepages_block(struct zone *zone,
59                                 unsigned long blockpfn,
60                                 struct list_head *freelist)
61 {
62         unsigned long zone_end_pfn, end_pfn;
63         int total_isolated = 0;
64         struct page *cursor;
65
66         /* Get the last PFN we should scan for free pages at */
67         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
68         end_pfn = min(blockpfn + pageblock_nr_pages, zone_end_pfn);
69
70         /* Find the first usable PFN in the block to initialse page cursor */
71         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++) {
72                 if (pfn_valid_within(blockpfn))
73                         break;
74         }
75         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
76
77         /* Isolate free pages. This assumes the block is valid */
78         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
79                 int isolated, i;
80                 struct page *page = cursor;
81
82                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
83                         continue;
84
85                 if (!PageBuddy(page))
86                         continue;
87
88                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
89                 isolated = split_free_page(page);
90                 total_isolated += isolated;
91                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
92                         list_add(&page->lru, freelist);
93                         page++;
94                 }
95
96                 /* If a page was split, advance to the end of it */
97                 if (isolated) {
98                         blockpfn += isolated - 1;
99                         cursor += isolated - 1;
100                 }
101         }
102
103         return total_isolated;
104 }
105
106 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
107 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
108 {
109
110         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
111
112         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
113         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
114                 return false;
115
116         /* If the page is a large free page, then allow migration */
117         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
118                 return true;
119
120         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE, allow migration */
121         if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
122                 return true;
123
124         /* Otherwise skip the block */
125         return false;
126 }
127
128 /*
129  * Based on information in the current compact_control, find blocks
130  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
131  */
132 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
133                                 struct compact_control *cc)
134 {
135         struct page *page;
136         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn;
137         unsigned long flags;
138         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
139         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
140
141         pfn = cc->free_pfn;
142         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
143         high_pfn = low_pfn;
144
145         /*
146          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
147          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
148          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
149          */
150         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
151         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
152                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
153                 unsigned long isolated;
154
155                 if (!pfn_valid(pfn))
156                         continue;
157
158                 /*
159                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
160                  * configurations to have a setup like
161                  * node0 node1 node0
162                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
163                  * pages do not belong to a single zone.
164                  */
165                 page = pfn_to_page(pfn);
166                 if (page_zone(page) != zone)
167                         continue;
168
169                 /* Check the block is suitable for migration */
170                 if (!suitable_migration_target(page))
171                         continue;
172
173                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
174                 isolated = isolate_freepages_block(zone, pfn, freelist);
175                 nr_freepages += isolated;
176
177                 /*
178                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
179                  * looking for free pages, the search will restart here as
180                  * page migration may have returned some pages to the allocator
181                  */
182                 if (isolated)
183                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
184         }
185         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
186
187         /* split_free_page does not map the pages */
188         list_for_each_entry(page, freelist, lru) {
189                 arch_alloc_page(page, 0);
190                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
191         }
192
193         cc->free_pfn = high_pfn;
194         cc->nr_freepages = nr_freepages;
195 }
196
197 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
198 static void acct_isolated(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
199 {
200         struct page *page;
201         unsigned int count[NR_LRU_LISTS] = { 0, };
202
203         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru) {
204                 int lru = page_lru_base_type(page);
205                 count[lru]++;
206         }
207
208         cc->nr_anon = count[LRU_ACTIVE_ANON] + count[LRU_INACTIVE_ANON];
209         cc->nr_file = count[LRU_ACTIVE_FILE] + count[LRU_INACTIVE_FILE];
210         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, cc->nr_anon);
211         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, cc->nr_file);
212 }
213
214 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
215 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
216 {
217         unsigned long active, inactive, isolated;
218
219         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
220                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
221         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
222                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
223         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
224                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
225
226         return isolated > (inactive + active) / 2;
227 }
228
229 /*
230  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
231  * the migrate scanner within compact_control.
232  */
233 static unsigned long isolate_migratepages(struct zone *zone,
234                                         struct compact_control *cc)
235 {
236         unsigned long low_pfn, end_pfn;
237         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
238
239         /* Do not scan outside zone boundaries */
240         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
241
242         /* Only scan within a pageblock boundary */
243         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
244
245         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
246         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
247                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
248                 return 0;
249         }
250
251         /*
252          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
253          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
254          * delay for some time until fewer pages are isolated
255          */
256         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
257                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
258
259                 if (fatal_signal_pending(current))
260                         return 0;
261         }
262
263         /* Time to isolate some pages for migration */
264         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
265         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
266                 struct page *page;
267                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
268                         continue;
269
270                 /* Get the page and skip if free */
271                 page = pfn_to_page(low_pfn);
272                 if (PageBuddy(page))
273                         continue;
274
275                 /* Try isolate the page */
276                 if (__isolate_lru_page(page, ISOLATE_BOTH, 0) != 0)
277                         continue;
278
279                 /* Successfully isolated */
280                 del_page_from_lru_list(zone, page, page_lru(page));
281                 list_add(&page->lru, migratelist);
282                 cc->nr_migratepages++;
283
284                 /* Avoid isolating too much */
285                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX)
286                         break;
287         }
288
289         acct_isolated(zone, cc);
290
291         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
292         cc->migrate_pfn = low_pfn;
293
294         return cc->nr_migratepages;
295 }
296
297 /*
298  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
299  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
300  */
301 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
302                                         unsigned long data,
303                                         int **result)
304 {
305         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
306         struct page *freepage;
307
308         /* Isolate free pages if necessary */
309         if (list_empty(&cc->freepages)) {
310                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
311
312                 if (list_empty(&cc->freepages))
313                         return NULL;
314         }
315
316         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
317         list_del(&freepage->lru);
318         cc->nr_freepages--;
319
320         return freepage;
321 }
322
323 /*
324  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
325  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
326  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
327  */
328 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
329 {
330         int nr_migratepages = 0;
331         int nr_freepages = 0;
332         struct page *page;
333
334         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
335                 nr_migratepages++;
336         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
337                 nr_freepages++;
338
339         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
340         cc->nr_freepages = nr_freepages;
341 }
342
343 static int compact_finished(struct zone *zone,
344                                                 struct compact_control *cc)
345 {
346         unsigned int order;
347         unsigned long watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << cc->order);
348
349         if (fatal_signal_pending(current))
350                 return COMPACT_PARTIAL;
351
352         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
353         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn)
354                 return COMPACT_COMPLETE;
355
356         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
357         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
358                 return COMPACT_CONTINUE;
359
360         if (cc->order == -1)
361                 return COMPACT_CONTINUE;
362
363         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
364         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
365                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
366                 if (!list_empty(&zone->free_area[order].free_list[cc->migratetype]))
367                         return COMPACT_PARTIAL;
368
369                 /* Job done if allocation would set block type */
370                 if (order >= pageblock_order && zone->free_area[order].nr_free)
371                         return COMPACT_PARTIAL;
372         }
373
374         return COMPACT_CONTINUE;
375 }
376
377 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
378 {
379         int ret;
380
381         /* Setup to move all movable pages to the end of the zone */
382         cc->migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
383         cc->free_pfn = cc->migrate_pfn + zone->spanned_pages;
384         cc->free_pfn &= ~(pageblock_nr_pages-1);
385
386         migrate_prep_local();
387
388         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
389                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
390
391                 if (!isolate_migratepages(zone, cc))
392                         continue;
393
394                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
395                 migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
396                                                 (unsigned long)cc, 0);
397                 update_nr_listpages(cc);
398                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
399
400                 count_vm_event(COMPACTBLOCKS);
401                 count_vm_events(COMPACTPAGES, nr_migrate - nr_remaining);
402                 if (nr_remaining)
403                         count_vm_events(COMPACTPAGEFAILED, nr_remaining);
404
405                 /* Release LRU pages not migrated */
406                 if (!list_empty(&cc->migratepages)) {
407                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
408                         cc->nr_migratepages = 0;
409                 }
410
411         }
412
413         /* Release free pages and check accounting */
414         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
415         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
416
417         return ret;
418 }
419
420 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
421                                                 int order, gfp_t gfp_mask)
422 {
423         struct compact_control cc = {
424                 .nr_freepages = 0,
425                 .nr_migratepages = 0,
426                 .order = order,
427                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
428                 .zone = zone,
429         };
430         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
431         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
432
433         return compact_zone(zone, &cc);
434 }
435
436 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
437
438 /**
439  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
440  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
441  * @order: The order of the current allocation
442  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
443  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
444  *
445  * This is the main entry point for direct page compaction.
446  */
447 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
448                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
449 {
450         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
451         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
452         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
453         unsigned long watermark;
454         struct zoneref *z;
455         struct zone *zone;
456         int rc = COMPACT_SKIPPED;
457
458         /*
459          * Check whether it is worth even starting compaction. The order check is
460          * made because an assumption is made that the page allocator can satisfy
461          * the "cheaper" orders without taking special steps
462          */
463         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER || !may_enter_fs || !may_perform_io)
464                 return rc;
465
466         count_vm_event(COMPACTSTALL);
467
468         /* Compact each zone in the list */
469         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
470                                                                 nodemask) {
471                 int fragindex;
472                 int status;
473
474                 /*
475                  * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note
476                  * the 2UL. This is because during migration, copies of
477                  * pages need to be allocated and for a short time, the
478                  * footprint is higher
479                  */
480                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
481                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
482                         continue;
483
484                 /*
485                  * fragmentation index determines if allocation failures are
486                  * due to low memory or external fragmentation
487                  *
488                  * index of -1 implies allocations might succeed depending
489                  *      on watermarks
490                  * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
491                  * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
492                  *
493                  * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
494                  */
495                 fragindex = fragmentation_index(zone, order);
496                 if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
497                         continue;
498
499                 if (fragindex == -1 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark, 0, 0)) {
500                         rc = COMPACT_PARTIAL;
501                         break;
502                 }
503
504                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask);
505                 rc = max(status, rc);
506
507                 if (zone_watermark_ok(zone, order, watermark, 0, 0))
508                         break;
509         }
510
511         return rc;
512 }
513
514
515 /* Compact all zones within a node */
516 static int compact_node(int nid)
517 {
518         int zoneid;
519         pg_data_t *pgdat;
520         struct zone *zone;
521
522         if (nid < 0 || nid >= nr_node_ids || !node_online(nid))
523                 return -EINVAL;
524         pgdat = NODE_DATA(nid);
525
526         /* Flush pending updates to the LRU lists */
527         lru_add_drain_all();
528
529         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
530                 struct compact_control cc = {
531                         .nr_freepages = 0,
532                         .nr_migratepages = 0,
533                         .order = -1,
534                 };
535
536                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
537                 if (!populated_zone(zone))
538                         continue;
539
540                 cc.zone = zone;
541                 INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
542                 INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
543
544                 compact_zone(zone, &cc);
545
546                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
547                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
548         }
549
550         return 0;
551 }
552
553 /* Compact all nodes in the system */
554 static int compact_nodes(void)
555 {
556         int nid;
557
558         for_each_online_node(nid)
559                 compact_node(nid);
560
561         return COMPACT_COMPLETE;
562 }
563
564 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
565 int sysctl_compact_memory;
566
567 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
568 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
569                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
570 {
571         if (write)
572                 return compact_nodes();
573
574         return 0;
575 }
576
577 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
578                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
579 {
580         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
581
582         return 0;
583 }
584
585 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
586 ssize_t sysfs_compact_node(struct sys_device *dev,
587                         struct sysdev_attribute *attr,
588                         const char *buf, size_t count)
589 {
590         compact_node(dev->id);
591
592         return count;
593 }
594 static SYSDEV_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
595
596 int compaction_register_node(struct node *node)
597 {
598         return sysdev_create_file(&node->sysdev, &attr_compact);
599 }
600
601 void compaction_unregister_node(struct node *node)
602 {
603         return sysdev_remove_file(&node->sysdev, &attr_compact);
604 }
605 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */