mm: Account for a THP NUMA hinting update as one PTE update
[linux-3.10.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 <linux/page-isolation.h>
19 #include "internal.h"
20
21 #ifdef CONFIG_COMPACTION
22 static inline void count_compact_event(enum vm_event_item item)
23 {
24         count_vm_event(item);
25 }
26
27 static inline void count_compact_events(enum vm_event_item item, long delta)
28 {
29         count_vm_events(item, delta);
30 }
31 #else
32 #define count_compact_event(item) do { } while (0)
33 #define count_compact_events(item, delta) do { } while (0)
34 #endif
35
36 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
37
38 #define CREATE_TRACE_POINTS
39 #include <trace/events/compaction.h>
40
41 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
42 {
43         struct page *page, *next;
44         unsigned long count = 0;
45
46         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
47                 list_del(&page->lru);
48                 __free_page(page);
49                 count++;
50         }
51
52         return count;
53 }
54
55 static void map_pages(struct list_head *list)
56 {
57         struct page *page;
58
59         list_for_each_entry(page, list, lru) {
60                 arch_alloc_page(page, 0);
61                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
62         }
63 }
64
65 static inline bool migrate_async_suitable(int migratetype)
66 {
67         return is_migrate_cma(migratetype) || migratetype == MIGRATE_MOVABLE;
68 }
69
70 #ifdef CONFIG_COMPACTION
71 /* Returns true if the pageblock should be scanned for pages to isolate. */
72 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
73                                         struct page *page)
74 {
75         if (cc->ignore_skip_hint)
76                 return true;
77
78         return !get_pageblock_skip(page);
79 }
80
81 /*
82  * This function is called to clear all cached information on pageblocks that
83  * should be skipped for page isolation when the migrate and free page scanner
84  * meet.
85  */
86 static void __reset_isolation_suitable(struct zone *zone)
87 {
88         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
89         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
90         unsigned long pfn;
91
92         zone->compact_cached_migrate_pfn = start_pfn;
93         zone->compact_cached_free_pfn = end_pfn;
94         zone->compact_blockskip_flush = false;
95
96         /* Walk the zone and mark every pageblock as suitable for isolation */
97         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
98                 struct page *page;
99
100                 cond_resched();
101
102                 if (!pfn_valid(pfn))
103                         continue;
104
105                 page = pfn_to_page(pfn);
106                 if (zone != page_zone(page))
107                         continue;
108
109                 clear_pageblock_skip(page);
110         }
111 }
112
113 void reset_isolation_suitable(pg_data_t *pgdat)
114 {
115         int zoneid;
116
117         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
118                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
119                 if (!populated_zone(zone))
120                         continue;
121
122                 /* Only flush if a full compaction finished recently */
123                 if (zone->compact_blockskip_flush)
124                         __reset_isolation_suitable(zone);
125         }
126 }
127
128 /*
129  * If no pages were isolated then mark this pageblock to be skipped in the
130  * future. The information is later cleared by __reset_isolation_suitable().
131  */
132 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
133                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
134                         bool migrate_scanner)
135 {
136         struct zone *zone = cc->zone;
137         if (!page)
138                 return;
139
140         if (!nr_isolated) {
141                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
142                 set_pageblock_skip(page);
143
144                 /* Update where compaction should restart */
145                 if (migrate_scanner) {
146                         if (!cc->finished_update_migrate &&
147                             pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn)
148                                 zone->compact_cached_migrate_pfn = pfn;
149                 } else {
150                         if (!cc->finished_update_free &&
151                             pfn < zone->compact_cached_free_pfn)
152                                 zone->compact_cached_free_pfn = pfn;
153                 }
154         }
155 }
156 #else
157 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
158                                         struct page *page)
159 {
160         return true;
161 }
162
163 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
164                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
165                         bool migrate_scanner)
166 {
167 }
168 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
169
170 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
171 {
172         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
173 }
174
175 /*
176  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
177  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
178  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
179  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
180  *
181  * Returns true if the lock is held.
182  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
183  */
184 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
185                                       bool locked, struct compact_control *cc)
186 {
187         if (should_release_lock(lock)) {
188                 if (locked) {
189                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
190                         locked = false;
191                 }
192
193                 /* async aborts if taking too long or contended */
194                 if (!cc->sync) {
195                         cc->contended = true;
196                         return false;
197                 }
198
199                 cond_resched();
200         }
201
202         if (!locked)
203                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
204         return true;
205 }
206
207 static inline bool compact_trylock_irqsave(spinlock_t *lock,
208                         unsigned long *flags, struct compact_control *cc)
209 {
210         return compact_checklock_irqsave(lock, flags, false, cc);
211 }
212
213 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
214 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
215 {
216         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
217
218         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
219         if (migratetype == MIGRATE_RESERVE)
220                 return false;
221
222         if (is_migrate_isolate(migratetype))
223                 return false;
224
225         /* If the page is a large free page, then allow migration */
226         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
227                 return true;
228
229         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
230         if (migrate_async_suitable(migratetype))
231                 return true;
232
233         /* Otherwise skip the block */
234         return false;
235 }
236
237 /*
238  * Isolate free pages onto a private freelist. Caller must hold zone->lock.
239  * If @strict is true, will abort returning 0 on any invalid PFNs or non-free
240  * pages inside of the pageblock (even though it may still end up isolating
241  * some pages).
242  */
243 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
244                                 unsigned long blockpfn,
245                                 unsigned long end_pfn,
246                                 struct list_head *freelist,
247                                 bool strict)
248 {
249         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
250         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
251         unsigned long nr_strict_required = end_pfn - blockpfn;
252         unsigned long flags;
253         bool locked = false;
254
255         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
256
257         /* Isolate free pages. */
258         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
259                 int isolated, i;
260                 struct page *page = cursor;
261
262                 nr_scanned++;
263                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
264                         continue;
265                 if (!valid_page)
266                         valid_page = page;
267                 if (!PageBuddy(page))
268                         continue;
269
270                 /*
271                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
272                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
273                  * heavily contended if there are parallel allocations
274                  * or parallel compactions. For async compaction do not
275                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
276                  * possible.
277                  */
278                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
279                                                                 locked, cc);
280                 if (!locked)
281                         break;
282
283                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
284                 if (!strict && !suitable_migration_target(page))
285                         break;
286
287                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
288                 if (!PageBuddy(page))
289                         continue;
290
291                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
292                 isolated = split_free_page(page);
293                 if (!isolated && strict)
294                         break;
295                 total_isolated += isolated;
296                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
297                         list_add(&page->lru, freelist);
298                         page++;
299                 }
300
301                 /* If a page was split, advance to the end of it */
302                 if (isolated) {
303                         blockpfn += isolated - 1;
304                         cursor += isolated - 1;
305                 }
306         }
307
308         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
309
310         /*
311          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
312          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
313          * returned and CMA will fail.
314          */
315         if (strict && nr_strict_required > total_isolated)
316                 total_isolated = 0;
317
318         if (locked)
319                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
320
321         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
322         if (blockpfn == end_pfn)
323                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, total_isolated, false);
324
325         count_compact_events(COMPACTFREE_SCANNED, nr_scanned);
326         if (total_isolated)
327                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, total_isolated);
328         return total_isolated;
329 }
330
331 /**
332  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
333  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
334  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
335  *
336  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
337  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
338  * undo its actions and return zero.
339  *
340  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
341  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
342  * a free page).
343  */
344 unsigned long
345 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
346                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
347 {
348         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
349         LIST_HEAD(freelist);
350
351         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
352                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
353                         break;
354
355                 /*
356                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
357                  * but we keep it that we not to complicate the code.
358                  */
359                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
360                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
361
362                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
363                                                    &freelist, true);
364
365                 /*
366                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
367                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
368                  * non-free pages).
369                  */
370                 if (!isolated)
371                         break;
372
373                 /*
374                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
375                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
376                  * page may span two pageblocks).
377                  */
378         }
379
380         /* split_free_page does not map the pages */
381         map_pages(&freelist);
382
383         if (pfn < end_pfn) {
384                 /* Loop terminated early, cleanup. */
385                 release_freepages(&freelist);
386                 return 0;
387         }
388
389         /* We don't use freelists for anything. */
390         return pfn;
391 }
392
393 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
394 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
395 {
396         struct page *page;
397         unsigned int count[2] = { 0, };
398
399         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
400                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
401
402         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
403         if (locked) {
404                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
405                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
406         } else {
407                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
408                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
409         }
410 }
411
412 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
413 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
414 {
415         unsigned long active, inactive, isolated;
416
417         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
418                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
419         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
420                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
421         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
422                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
423
424         return isolated > (inactive + active) / 2;
425 }
426
427 /**
428  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
429  * @zone:       Zone pages are in.
430  * @cc:         Compaction control structure.
431  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
432  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
433  * @unevictable: true if it allows to isolate unevictable pages
434  *
435  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
436  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
437  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
438  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
439  *
440  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
441  * zero.
442  *
443  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
444  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
445  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
446  */
447 unsigned long
448 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
449                 unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn, bool unevictable)
450 {
451         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
452         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
453         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
454         isolate_mode_t mode = 0;
455         struct lruvec *lruvec;
456         unsigned long flags;
457         bool locked = false;
458         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
459
460         /*
461          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
462          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
463          * delay for some time until fewer pages are isolated
464          */
465         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
466                 /* async migration should just abort */
467                 if (!cc->sync)
468                         return 0;
469
470                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
471
472                 if (fatal_signal_pending(current))
473                         return 0;
474         }
475
476         /* Time to isolate some pages for migration */
477         cond_resched();
478         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
479                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
480                 if (locked && !((low_pfn+1) % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
481                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
482                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
483                                 locked = false;
484                         }
485                 }
486
487                 /*
488                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
489                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
490                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
491                  * memory holes within the zone
492                  */
493                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
494                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
495                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
496                                 continue;
497                         }
498                 }
499
500                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
501                         continue;
502                 nr_scanned++;
503
504                 /*
505                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
506                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
507                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
508                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
509                  */
510                 page = pfn_to_page(low_pfn);
511                 if (page_zone(page) != zone)
512                         continue;
513
514                 if (!valid_page)
515                         valid_page = page;
516
517                 /* If isolation recently failed, do not retry */
518                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
519                 if (!isolation_suitable(cc, page))
520                         goto next_pageblock;
521
522                 /* Skip if free */
523                 if (PageBuddy(page))
524                         continue;
525
526                 /*
527                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
528                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
529                  * satisfies the allocation
530                  */
531                 if (!cc->sync && last_pageblock_nr != pageblock_nr &&
532                     !migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page))) {
533                         cc->finished_update_migrate = true;
534                         goto next_pageblock;
535                 }
536
537                 /*
538                  * Check may be lockless but that's ok as we recheck later.
539                  * It's possible to migrate LRU pages and balloon pages
540                  * Skip any other type of page
541                  */
542                 if (!PageLRU(page)) {
543                         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
544                                 if (locked && balloon_page_isolate(page)) {
545                                         /* Successfully isolated */
546                                         cc->finished_update_migrate = true;
547                                         list_add(&page->lru, migratelist);
548                                         cc->nr_migratepages++;
549                                         nr_isolated++;
550                                         goto check_compact_cluster;
551                                 }
552                         }
553                         continue;
554                 }
555
556                 /*
557                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
558                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
559                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
560                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
561                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
562                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
563                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
564                  * page underneath us may return surprising results.
565                  */
566                 if (PageTransHuge(page)) {
567                         if (!locked)
568                                 goto next_pageblock;
569                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
570                         continue;
571                 }
572
573                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
574                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
575                                                                 locked, cc);
576                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
577                         break;
578
579                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
580                 if (!PageLRU(page))
581                         continue;
582                 if (PageTransHuge(page)) {
583                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
584                         continue;
585                 }
586
587                 if (!cc->sync)
588                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
589
590                 if (unevictable)
591                         mode |= ISOLATE_UNEVICTABLE;
592
593                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
594
595                 /* Try isolate the page */
596                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
597                         continue;
598
599                 VM_BUG_ON(PageTransCompound(page));
600
601                 /* Successfully isolated */
602                 cc->finished_update_migrate = true;
603                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
604                 list_add(&page->lru, migratelist);
605                 cc->nr_migratepages++;
606                 nr_isolated++;
607
608 check_compact_cluster:
609                 /* Avoid isolating too much */
610                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
611                         ++low_pfn;
612                         break;
613                 }
614
615                 continue;
616
617 next_pageblock:
618                 low_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages) - 1;
619                 last_pageblock_nr = pageblock_nr;
620         }
621
622         acct_isolated(zone, locked, cc);
623
624         if (locked)
625                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
626
627         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
628         if (low_pfn == end_pfn)
629                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated, true);
630
631         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
632
633         count_compact_events(COMPACTMIGRATE_SCANNED, nr_scanned);
634         if (nr_isolated)
635                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, nr_isolated);
636
637         return low_pfn;
638 }
639
640 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
641 #ifdef CONFIG_COMPACTION
642 /*
643  * Based on information in the current compact_control, find blocks
644  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
645  */
646 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
647                                 struct compact_control *cc)
648 {
649         struct page *page;
650         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, z_end_pfn, end_pfn;
651         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
652         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
653
654         /*
655          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
656          * scanned from (or the end of the zone if starting). The low point
657          * is the end of the pageblock the migration scanner is using.
658          */
659         pfn = cc->free_pfn;
660         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
661
662         /*
663          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
664          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
665          * in the next isolation cycle.
666          */
667         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
668
669         z_end_pfn = zone_end_pfn(zone);
670
671         /*
672          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
673          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
674          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
675          */
676         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
677                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
678                 unsigned long isolated;
679
680                 if (!pfn_valid(pfn))
681                         continue;
682
683                 /*
684                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
685                  * configurations to have a setup like
686                  * node0 node1 node0
687                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
688                  * pages do not belong to a single zone.
689                  */
690                 page = pfn_to_page(pfn);
691                 if (page_zone(page) != zone)
692                         continue;
693
694                 /* Check the block is suitable for migration */
695                 if (!suitable_migration_target(page))
696                         continue;
697
698                 /* If isolation recently failed, do not retry */
699                 if (!isolation_suitable(cc, page))
700                         continue;
701
702                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
703                 isolated = 0;
704
705                 /*
706                  * As pfn may not start aligned, pfn+pageblock_nr_page
707                  * may cross a MAX_ORDER_NR_PAGES boundary and miss
708                  * a pfn_valid check. Ensure isolate_freepages_block()
709                  * only scans within a pageblock
710                  */
711                 end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
712                 end_pfn = min(end_pfn, z_end_pfn);
713                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, end_pfn,
714                                                    freelist, false);
715                 nr_freepages += isolated;
716
717                 /*
718                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
719                  * looking for free pages, the search will restart here as
720                  * page migration may have returned some pages to the allocator
721                  */
722                 if (isolated) {
723                         cc->finished_update_free = true;
724                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
725                 }
726         }
727
728         /* split_free_page does not map the pages */
729         map_pages(freelist);
730
731         cc->free_pfn = high_pfn;
732         cc->nr_freepages = nr_freepages;
733 }
734
735 /*
736  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
737  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
738  */
739 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
740                                         unsigned long data,
741                                         int **result)
742 {
743         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
744         struct page *freepage;
745
746         /* Isolate free pages if necessary */
747         if (list_empty(&cc->freepages)) {
748                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
749
750                 if (list_empty(&cc->freepages))
751                         return NULL;
752         }
753
754         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
755         list_del(&freepage->lru);
756         cc->nr_freepages--;
757
758         return freepage;
759 }
760
761 /*
762  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
763  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
764  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
765  */
766 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
767 {
768         int nr_migratepages = 0;
769         int nr_freepages = 0;
770         struct page *page;
771
772         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
773                 nr_migratepages++;
774         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
775                 nr_freepages++;
776
777         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
778         cc->nr_freepages = nr_freepages;
779 }
780
781 /* possible outcome of isolate_migratepages */
782 typedef enum {
783         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
784         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
785         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
786 } isolate_migrate_t;
787
788 /*
789  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
790  * the migrate scanner within compact_control.
791  */
792 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
793                                         struct compact_control *cc)
794 {
795         unsigned long low_pfn, end_pfn;
796
797         /* Do not scan outside zone boundaries */
798         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
799
800         /* Only scan within a pageblock boundary */
801         end_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
802
803         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
804         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
805                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
806                 return ISOLATE_NONE;
807         }
808
809         /* Perform the isolation */
810         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn, false);
811         if (!low_pfn || cc->contended)
812                 return ISOLATE_ABORT;
813
814         cc->migrate_pfn = low_pfn;
815
816         return ISOLATE_SUCCESS;
817 }
818
819 static int compact_finished(struct zone *zone,
820                             struct compact_control *cc)
821 {
822         unsigned int order;
823         unsigned long watermark;
824
825         if (fatal_signal_pending(current))
826                 return COMPACT_PARTIAL;
827
828         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
829         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
830                 /*
831                  * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
832                  * by kswapd when it goes to sleep. kswapd does not set the
833                  * flag itself as the decision to be clear should be directly
834                  * based on an allocation request.
835                  */
836                 if (!current_is_kswapd())
837                         zone->compact_blockskip_flush = true;
838
839                 return COMPACT_COMPLETE;
840         }
841
842         /*
843          * order == -1 is expected when compacting via
844          * /proc/sys/vm/compact_memory
845          */
846         if (cc->order == -1)
847                 return COMPACT_CONTINUE;
848
849         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
850         watermark = low_wmark_pages(zone);
851         watermark += (1 << cc->order);
852
853         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
854                 return COMPACT_CONTINUE;
855
856         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
857         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
858                 struct free_area *area = &zone->free_area[order];
859
860                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
861                 if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
862                         return COMPACT_PARTIAL;
863
864                 /* Job done if allocation would set block type */
865                 if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
866                         return COMPACT_PARTIAL;
867         }
868
869         return COMPACT_CONTINUE;
870 }
871
872 /*
873  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
874  * Returns
875  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
876  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
877  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
878  */
879 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
880 {
881         int fragindex;
882         unsigned long watermark;
883
884         /*
885          * order == -1 is expected when compacting via
886          * /proc/sys/vm/compact_memory
887          */
888         if (order == -1)
889                 return COMPACT_CONTINUE;
890
891         /*
892          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
893          * This is because during migration, copies of pages need to be
894          * allocated and for a short time, the footprint is higher
895          */
896         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
897         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
898                 return COMPACT_SKIPPED;
899
900         /*
901          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
902          * low memory or external fragmentation
903          *
904          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
905          * watermarks
906          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
907          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
908          *
909          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
910          */
911         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
912         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
913                 return COMPACT_SKIPPED;
914
915         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
916             0, 0))
917                 return COMPACT_PARTIAL;
918
919         return COMPACT_CONTINUE;
920 }
921
922 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
923 {
924         int ret;
925         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
926         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
927
928         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
929         switch (ret) {
930         case COMPACT_PARTIAL:
931         case COMPACT_SKIPPED:
932                 /* Compaction is likely to fail */
933                 return ret;
934         case COMPACT_CONTINUE:
935                 /* Fall through to compaction */
936                 ;
937         }
938
939         /*
940          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
941          * information on where the scanners should start but check that it
942          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
943          */
944         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn;
945         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
946         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
947                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
948                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
949         }
950         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
951                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
952                 zone->compact_cached_migrate_pfn = cc->migrate_pfn;
953         }
954
955         /*
956          * Clear pageblock skip if there were failures recently and compaction
957          * is about to be retried after being deferred. kswapd does not do
958          * this reset as it'll reset the cached information when going to sleep.
959          */
960         if (compaction_restarting(zone, cc->order) && !current_is_kswapd())
961                 __reset_isolation_suitable(zone);
962
963         migrate_prep_local();
964
965         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
966                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
967                 int err;
968
969                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
970                 case ISOLATE_ABORT:
971                         ret = COMPACT_PARTIAL;
972                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
973                         cc->nr_migratepages = 0;
974                         goto out;
975                 case ISOLATE_NONE:
976                         continue;
977                 case ISOLATE_SUCCESS:
978                         ;
979                 }
980
981                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
982                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
983                                 (unsigned long)cc,
984                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC,
985                                 MR_COMPACTION);
986                 update_nr_listpages(cc);
987                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
988
989                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
990                                                 nr_remaining);
991
992                 /* Release isolated pages not migrated */
993                 if (err) {
994                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
995                         cc->nr_migratepages = 0;
996                         if (err == -ENOMEM) {
997                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
998                                 goto out;
999                         }
1000                 }
1001         }
1002
1003 out:
1004         /* Release free pages and check accounting */
1005         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
1006         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
1007
1008         return ret;
1009 }
1010
1011 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
1012                                  int order, gfp_t gfp_mask,
1013                                  bool sync, bool *contended)
1014 {
1015         unsigned long ret;
1016         struct compact_control cc = {
1017                 .nr_freepages = 0,
1018                 .nr_migratepages = 0,
1019                 .order = order,
1020                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1021                 .zone = zone,
1022                 .sync = sync,
1023         };
1024         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1025         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1026
1027         ret = compact_zone(zone, &cc);
1028
1029         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1030         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1031
1032         *contended = cc.contended;
1033         return ret;
1034 }
1035
1036 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1037
1038 /**
1039  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1040  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1041  * @order: The order of the current allocation
1042  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1043  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1044  * @sync: Whether migration is synchronous or not
1045  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1046  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1047  *
1048  * This is the main entry point for direct page compaction.
1049  */
1050 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1051                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1052                         bool sync, bool *contended)
1053 {
1054         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1055         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1056         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1057         struct zoneref *z;
1058         struct zone *zone;
1059         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1060         int alloc_flags = 0;
1061
1062         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1063         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1064                 return rc;
1065
1066         count_compact_event(COMPACTSTALL);
1067
1068 #ifdef CONFIG_CMA
1069         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1070                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1071 #endif
1072         /* Compact each zone in the list */
1073         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1074                                                                 nodemask) {
1075                 int status;
1076
1077                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
1078                                                 contended);
1079                 rc = max(status, rc);
1080
1081                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1082                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1083                                       alloc_flags))
1084                         break;
1085         }
1086
1087         return rc;
1088 }
1089
1090
1091 /* Compact all zones within a node */
1092 static void __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1093 {
1094         int zoneid;
1095         struct zone *zone;
1096
1097         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1098
1099                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1100                 if (!populated_zone(zone))
1101                         continue;
1102
1103                 cc->nr_freepages = 0;
1104                 cc->nr_migratepages = 0;
1105                 cc->zone = zone;
1106                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1107                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1108
1109                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1110                         compact_zone(zone, cc);
1111
1112                 if (cc->order > 0) {
1113                         int ok = zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1114                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0);
1115                         if (ok && cc->order >= zone->compact_order_failed)
1116                                 zone->compact_order_failed = cc->order + 1;
1117                         /* Currently async compaction is never deferred. */
1118                         else if (!ok && cc->sync)
1119                                 defer_compaction(zone, cc->order);
1120                 }
1121
1122                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1123                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1124         }
1125 }
1126
1127 void compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1128 {
1129         struct compact_control cc = {
1130                 .order = order,
1131                 .sync = false,
1132         };
1133
1134         __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1135 }
1136
1137 static void compact_node(int nid)
1138 {
1139         struct compact_control cc = {
1140                 .order = -1,
1141                 .sync = true,
1142         };
1143
1144         __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1145 }
1146
1147 /* Compact all nodes in the system */
1148 static void compact_nodes(void)
1149 {
1150         int nid;
1151
1152         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1153         lru_add_drain_all();
1154
1155         for_each_online_node(nid)
1156                 compact_node(nid);
1157 }
1158
1159 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1160 int sysctl_compact_memory;
1161
1162 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1163 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1164                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1165 {
1166         if (write)
1167                 compact_nodes();
1168
1169         return 0;
1170 }
1171
1172 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1173                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1174 {
1175         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1176
1177         return 0;
1178 }
1179
1180 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1181 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1182                         struct device_attribute *attr,
1183                         const char *buf, size_t count)
1184 {
1185         int nid = dev->id;
1186
1187         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1188                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1189                 lru_add_drain_all();
1190
1191                 compact_node(nid);
1192         }
1193
1194         return count;
1195 }
1196 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1197
1198 int compaction_register_node(struct node *node)
1199 {
1200         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1201 }
1202
1203 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1204 {
1205         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1206 }
1207 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1208
1209 #endif /* CONFIG_COMPACTION */