mm: have order > 0 compaction start near a pageblock with free pages
[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 "internal.h"
18
19 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
20
21 #define CREATE_TRACE_POINTS
22 #include <trace/events/compaction.h>
23
24 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
25 {
26         struct page *page, *next;
27         unsigned long count = 0;
28
29         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
30                 list_del(&page->lru);
31                 __free_page(page);
32                 count++;
33         }
34
35         return count;
36 }
37
38 static void map_pages(struct list_head *list)
39 {
40         struct page *page;
41
42         list_for_each_entry(page, list, lru) {
43                 arch_alloc_page(page, 0);
44                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
45         }
46 }
47
48 static inline bool migrate_async_suitable(int migratetype)
49 {
50         return is_migrate_cma(migratetype) || migratetype == MIGRATE_MOVABLE;
51 }
52
53 /*
54  * Isolate free pages onto a private freelist. Caller must hold zone->lock.
55  * If @strict is true, will abort returning 0 on any invalid PFNs or non-free
56  * pages inside of the pageblock (even though it may still end up isolating
57  * some pages).
58  */
59 static unsigned long isolate_freepages_block(unsigned long blockpfn,
60                                 unsigned long end_pfn,
61                                 struct list_head *freelist,
62                                 bool strict)
63 {
64         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
65         struct page *cursor;
66
67         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
68
69         /* Isolate free pages. This assumes the block is valid */
70         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
71                 int isolated, i;
72                 struct page *page = cursor;
73
74                 if (!pfn_valid_within(blockpfn)) {
75                         if (strict)
76                                 return 0;
77                         continue;
78                 }
79                 nr_scanned++;
80
81                 if (!PageBuddy(page)) {
82                         if (strict)
83                                 return 0;
84                         continue;
85                 }
86
87                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
88                 isolated = split_free_page(page);
89                 if (!isolated && strict)
90                         return 0;
91                 total_isolated += isolated;
92                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
93                         list_add(&page->lru, freelist);
94                         page++;
95                 }
96
97                 /* If a page was split, advance to the end of it */
98                 if (isolated) {
99                         blockpfn += isolated - 1;
100                         cursor += isolated - 1;
101                 }
102         }
103
104         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
105         return total_isolated;
106 }
107
108 /**
109  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
110  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
111  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
112  *
113  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
114  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
115  * undo its actions and return zero.
116  *
117  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
118  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
119  * a free page).
120  */
121 unsigned long
122 isolate_freepages_range(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
123 {
124         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn, flags;
125         struct zone *zone = NULL;
126         LIST_HEAD(freelist);
127
128         if (pfn_valid(start_pfn))
129                 zone = page_zone(pfn_to_page(start_pfn));
130
131         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
132                 if (!pfn_valid(pfn) || zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
133                         break;
134
135                 /*
136                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
137                  * but we keep it that we not to complicate the code.
138                  */
139                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
140                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
141
142                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
143                 isolated = isolate_freepages_block(pfn, block_end_pfn,
144                                                    &freelist, true);
145                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
146
147                 /*
148                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
149                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
150                  * non-free pages).
151                  */
152                 if (!isolated)
153                         break;
154
155                 /*
156                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
157                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
158                  * page may span two pageblocks).
159                  */
160         }
161
162         /* split_free_page does not map the pages */
163         map_pages(&freelist);
164
165         if (pfn < end_pfn) {
166                 /* Loop terminated early, cleanup. */
167                 release_freepages(&freelist);
168                 return 0;
169         }
170
171         /* We don't use freelists for anything. */
172         return pfn;
173 }
174
175 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
176 static void acct_isolated(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
177 {
178         struct page *page;
179         unsigned int count[2] = { 0, };
180
181         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
182                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
183
184         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
185         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
186 }
187
188 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
189 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
190 {
191         unsigned long active, inactive, isolated;
192
193         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
194                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
195         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
196                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
197         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
198                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
199
200         return isolated > (inactive + active) / 2;
201 }
202
203 /**
204  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
205  * @zone:       Zone pages are in.
206  * @cc:         Compaction control structure.
207  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
208  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
209  *
210  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
211  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
212  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
213  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
214  *
215  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
216  * zero.
217  *
218  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
219  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
220  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
221  */
222 unsigned long
223 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
224                            unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn)
225 {
226         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
227         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
228         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
229         isolate_mode_t mode = 0;
230         struct lruvec *lruvec;
231
232         /*
233          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
234          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
235          * delay for some time until fewer pages are isolated
236          */
237         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
238                 /* async migration should just abort */
239                 if (!cc->sync)
240                         return 0;
241
242                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
243
244                 if (fatal_signal_pending(current))
245                         return 0;
246         }
247
248         /* Time to isolate some pages for migration */
249         cond_resched();
250         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
251         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
252                 struct page *page;
253                 bool locked = true;
254
255                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
256                 if (!((low_pfn+1) % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
257                         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
258                         locked = false;
259                 }
260                 if (need_resched() || spin_is_contended(&zone->lru_lock)) {
261                         if (locked)
262                                 spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
263                         cond_resched();
264                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
265                         if (fatal_signal_pending(current))
266                                 break;
267                 } else if (!locked)
268                         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
269
270                 /*
271                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
272                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
273                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
274                  * memory holes within the zone
275                  */
276                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
277                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
278                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
279                                 continue;
280                         }
281                 }
282
283                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
284                         continue;
285                 nr_scanned++;
286
287                 /*
288                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
289                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
290                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
291                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
292                  */
293                 page = pfn_to_page(low_pfn);
294                 if (page_zone(page) != zone)
295                         continue;
296
297                 /* Skip if free */
298                 if (PageBuddy(page))
299                         continue;
300
301                 /*
302                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
303                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
304                  * satisfies the allocation
305                  */
306                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
307                 if (!cc->sync && last_pageblock_nr != pageblock_nr &&
308                     !migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page))) {
309                         low_pfn += pageblock_nr_pages;
310                         low_pfn = ALIGN(low_pfn, pageblock_nr_pages) - 1;
311                         last_pageblock_nr = pageblock_nr;
312                         continue;
313                 }
314
315                 if (!PageLRU(page))
316                         continue;
317
318                 /*
319                  * PageLRU is set, and lru_lock excludes isolation,
320                  * splitting and collapsing (collapsing has already
321                  * happened if PageLRU is set).
322                  */
323                 if (PageTransHuge(page)) {
324                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
325                         continue;
326                 }
327
328                 if (!cc->sync)
329                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
330
331                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
332
333                 /* Try isolate the page */
334                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
335                         continue;
336
337                 VM_BUG_ON(PageTransCompound(page));
338
339                 /* Successfully isolated */
340                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
341                 list_add(&page->lru, migratelist);
342                 cc->nr_migratepages++;
343                 nr_isolated++;
344
345                 /* Avoid isolating too much */
346                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
347                         ++low_pfn;
348                         break;
349                 }
350         }
351
352         acct_isolated(zone, cc);
353
354         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
355
356         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
357
358         return low_pfn;
359 }
360
361 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
362 #ifdef CONFIG_COMPACTION
363
364 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
365 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
366 {
367
368         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
369
370         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
371         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
372                 return false;
373
374         /* If the page is a large free page, then allow migration */
375         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
376                 return true;
377
378         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
379         if (migrate_async_suitable(migratetype))
380                 return true;
381
382         /* Otherwise skip the block */
383         return false;
384 }
385
386 /*
387  * Returns the start pfn of the last page block in a zone.  This is the starting
388  * point for full compaction of a zone.  Compaction searches for free pages from
389  * the end of each zone, while isolate_freepages_block scans forward inside each
390  * page block.
391  */
392 static unsigned long start_free_pfn(struct zone *zone)
393 {
394         unsigned long free_pfn;
395         free_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
396         free_pfn &= ~(pageblock_nr_pages-1);
397         return free_pfn;
398 }
399
400 /*
401  * Based on information in the current compact_control, find blocks
402  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
403  */
404 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
405                                 struct compact_control *cc)
406 {
407         struct page *page;
408         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, zone_end_pfn, end_pfn;
409         unsigned long flags;
410         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
411         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
412
413         /*
414          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
415          * scanned from (or the end of the zone if starting). The low point
416          * is the end of the pageblock the migration scanner is using.
417          */
418         pfn = cc->free_pfn;
419         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
420
421         /*
422          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
423          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
424          * in the next isolation cycle.
425          */
426         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
427
428         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
429
430         /*
431          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
432          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
433          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
434          */
435         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
436                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
437                 unsigned long isolated;
438
439                 if (!pfn_valid(pfn))
440                         continue;
441
442                 /*
443                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
444                  * configurations to have a setup like
445                  * node0 node1 node0
446                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
447                  * pages do not belong to a single zone.
448                  */
449                 page = pfn_to_page(pfn);
450                 if (page_zone(page) != zone)
451                         continue;
452
453                 /* Check the block is suitable for migration */
454                 if (!suitable_migration_target(page))
455                         continue;
456
457                 /*
458                  * Found a block suitable for isolating free pages from. Now
459                  * we disabled interrupts, double check things are ok and
460                  * isolate the pages. This is to minimise the time IRQs
461                  * are disabled
462                  */
463                 isolated = 0;
464                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
465                 if (suitable_migration_target(page)) {
466                         end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, zone_end_pfn);
467                         isolated = isolate_freepages_block(pfn, end_pfn,
468                                                            freelist, false);
469                         nr_freepages += isolated;
470                 }
471                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
472
473                 /*
474                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
475                  * looking for free pages, the search will restart here as
476                  * page migration may have returned some pages to the allocator
477                  */
478                 if (isolated) {
479                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
480
481                         /*
482                          * If the free scanner has wrapped, update
483                          * compact_cached_free_pfn to point to the highest
484                          * pageblock with free pages. This reduces excessive
485                          * scanning of full pageblocks near the end of the
486                          * zone
487                          */
488                         if (cc->order > 0 && cc->wrapped)
489                                 zone->compact_cached_free_pfn = high_pfn;
490                 }
491         }
492
493         /* split_free_page does not map the pages */
494         map_pages(freelist);
495
496         cc->free_pfn = high_pfn;
497         cc->nr_freepages = nr_freepages;
498
499         /* If compact_cached_free_pfn is reset then set it now */
500         if (cc->order > 0 && !cc->wrapped &&
501                         zone->compact_cached_free_pfn == start_free_pfn(zone))
502                 zone->compact_cached_free_pfn = high_pfn;
503 }
504
505 /*
506  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
507  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
508  */
509 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
510                                         unsigned long data,
511                                         int **result)
512 {
513         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
514         struct page *freepage;
515
516         /* Isolate free pages if necessary */
517         if (list_empty(&cc->freepages)) {
518                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
519
520                 if (list_empty(&cc->freepages))
521                         return NULL;
522         }
523
524         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
525         list_del(&freepage->lru);
526         cc->nr_freepages--;
527
528         return freepage;
529 }
530
531 /*
532  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
533  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
534  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
535  */
536 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
537 {
538         int nr_migratepages = 0;
539         int nr_freepages = 0;
540         struct page *page;
541
542         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
543                 nr_migratepages++;
544         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
545                 nr_freepages++;
546
547         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
548         cc->nr_freepages = nr_freepages;
549 }
550
551 /* possible outcome of isolate_migratepages */
552 typedef enum {
553         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
554         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
555         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
556 } isolate_migrate_t;
557
558 /*
559  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
560  * the migrate scanner within compact_control.
561  */
562 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
563                                         struct compact_control *cc)
564 {
565         unsigned long low_pfn, end_pfn;
566
567         /* Do not scan outside zone boundaries */
568         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
569
570         /* Only scan within a pageblock boundary */
571         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
572
573         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
574         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
575                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
576                 return ISOLATE_NONE;
577         }
578
579         /* Perform the isolation */
580         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn);
581         if (!low_pfn)
582                 return ISOLATE_ABORT;
583
584         cc->migrate_pfn = low_pfn;
585
586         return ISOLATE_SUCCESS;
587 }
588
589 static int compact_finished(struct zone *zone,
590                             struct compact_control *cc)
591 {
592         unsigned int order;
593         unsigned long watermark;
594
595         if (fatal_signal_pending(current))
596                 return COMPACT_PARTIAL;
597
598         /*
599          * A full (order == -1) compaction run starts at the beginning and
600          * end of a zone; it completes when the migrate and free scanner meet.
601          * A partial (order > 0) compaction can start with the free scanner
602          * at a random point in the zone, and may have to restart.
603          */
604         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
605                 if (cc->order > 0 && !cc->wrapped) {
606                         /* We started partway through; restart at the end. */
607                         unsigned long free_pfn = start_free_pfn(zone);
608                         zone->compact_cached_free_pfn = free_pfn;
609                         cc->free_pfn = free_pfn;
610                         cc->wrapped = 1;
611                         return COMPACT_CONTINUE;
612                 }
613                 return COMPACT_COMPLETE;
614         }
615
616         /* We wrapped around and ended up where we started. */
617         if (cc->wrapped && cc->free_pfn <= cc->start_free_pfn)
618                 return COMPACT_COMPLETE;
619
620         /*
621          * order == -1 is expected when compacting via
622          * /proc/sys/vm/compact_memory
623          */
624         if (cc->order == -1)
625                 return COMPACT_CONTINUE;
626
627         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
628         watermark = low_wmark_pages(zone);
629         watermark += (1 << cc->order);
630
631         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
632                 return COMPACT_CONTINUE;
633
634         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
635         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
636                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
637                 if (!list_empty(&zone->free_area[order].free_list[cc->migratetype]))
638                         return COMPACT_PARTIAL;
639
640                 /* Job done if allocation would set block type */
641                 if (order >= pageblock_order && zone->free_area[order].nr_free)
642                         return COMPACT_PARTIAL;
643         }
644
645         return COMPACT_CONTINUE;
646 }
647
648 /*
649  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
650  * Returns
651  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
652  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
653  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
654  */
655 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
656 {
657         int fragindex;
658         unsigned long watermark;
659
660         /*
661          * order == -1 is expected when compacting via
662          * /proc/sys/vm/compact_memory
663          */
664         if (order == -1)
665                 return COMPACT_CONTINUE;
666
667         /*
668          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
669          * This is because during migration, copies of pages need to be
670          * allocated and for a short time, the footprint is higher
671          */
672         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
673         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
674                 return COMPACT_SKIPPED;
675
676         /*
677          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
678          * low memory or external fragmentation
679          *
680          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
681          * watermarks
682          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
683          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
684          *
685          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
686          */
687         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
688         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
689                 return COMPACT_SKIPPED;
690
691         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
692             0, 0))
693                 return COMPACT_PARTIAL;
694
695         return COMPACT_CONTINUE;
696 }
697
698 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
699 {
700         int ret;
701
702         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
703         switch (ret) {
704         case COMPACT_PARTIAL:
705         case COMPACT_SKIPPED:
706                 /* Compaction is likely to fail */
707                 return ret;
708         case COMPACT_CONTINUE:
709                 /* Fall through to compaction */
710                 ;
711         }
712
713         /* Setup to move all movable pages to the end of the zone */
714         cc->migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
715
716         if (cc->order > 0) {
717                 /* Incremental compaction. Start where the last one stopped. */
718                 cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
719                 cc->start_free_pfn = cc->free_pfn;
720         } else {
721                 /* Order == -1 starts at the end of the zone. */
722                 cc->free_pfn = start_free_pfn(zone);
723         }
724
725         migrate_prep_local();
726
727         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
728                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
729                 int err;
730
731                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
732                 case ISOLATE_ABORT:
733                         ret = COMPACT_PARTIAL;
734                         goto out;
735                 case ISOLATE_NONE:
736                         continue;
737                 case ISOLATE_SUCCESS:
738                         ;
739                 }
740
741                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
742                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
743                                 (unsigned long)cc, false,
744                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC);
745                 update_nr_listpages(cc);
746                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
747
748                 count_vm_event(COMPACTBLOCKS);
749                 count_vm_events(COMPACTPAGES, nr_migrate - nr_remaining);
750                 if (nr_remaining)
751                         count_vm_events(COMPACTPAGEFAILED, nr_remaining);
752                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
753                                                 nr_remaining);
754
755                 /* Release LRU pages not migrated */
756                 if (err) {
757                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
758                         cc->nr_migratepages = 0;
759                         if (err == -ENOMEM) {
760                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
761                                 goto out;
762                         }
763                 }
764         }
765
766 out:
767         /* Release free pages and check accounting */
768         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
769         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
770
771         return ret;
772 }
773
774 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
775                                  int order, gfp_t gfp_mask,
776                                  bool sync)
777 {
778         struct compact_control cc = {
779                 .nr_freepages = 0,
780                 .nr_migratepages = 0,
781                 .order = order,
782                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
783                 .zone = zone,
784                 .sync = sync,
785         };
786         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
787         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
788
789         return compact_zone(zone, &cc);
790 }
791
792 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
793
794 /**
795  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
796  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
797  * @order: The order of the current allocation
798  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
799  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
800  * @sync: Whether migration is synchronous or not
801  *
802  * This is the main entry point for direct page compaction.
803  */
804 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
805                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
806                         bool sync)
807 {
808         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
809         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
810         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
811         struct zoneref *z;
812         struct zone *zone;
813         int rc = COMPACT_SKIPPED;
814
815         /*
816          * Check whether it is worth even starting compaction. The order check is
817          * made because an assumption is made that the page allocator can satisfy
818          * the "cheaper" orders without taking special steps
819          */
820         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
821                 return rc;
822
823         count_vm_event(COMPACTSTALL);
824
825         /* Compact each zone in the list */
826         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
827                                                                 nodemask) {
828                 int status;
829
830                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync);
831                 rc = max(status, rc);
832
833                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
834                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0, 0))
835                         break;
836         }
837
838         return rc;
839 }
840
841
842 /* Compact all zones within a node */
843 static int __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
844 {
845         int zoneid;
846         struct zone *zone;
847
848         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
849
850                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
851                 if (!populated_zone(zone))
852                         continue;
853
854                 cc->nr_freepages = 0;
855                 cc->nr_migratepages = 0;
856                 cc->zone = zone;
857                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
858                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
859
860                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
861                         compact_zone(zone, cc);
862
863                 if (cc->order > 0) {
864                         int ok = zone_watermark_ok(zone, cc->order,
865                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0);
866                         if (ok && cc->order >= zone->compact_order_failed)
867                                 zone->compact_order_failed = cc->order + 1;
868                         /* Currently async compaction is never deferred. */
869                         else if (!ok && cc->sync)
870                                 defer_compaction(zone, cc->order);
871                 }
872
873                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
874                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
875         }
876
877         return 0;
878 }
879
880 int compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
881 {
882         struct compact_control cc = {
883                 .order = order,
884                 .sync = false,
885         };
886
887         return __compact_pgdat(pgdat, &cc);
888 }
889
890 static int compact_node(int nid)
891 {
892         struct compact_control cc = {
893                 .order = -1,
894                 .sync = true,
895         };
896
897         return __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
898 }
899
900 /* Compact all nodes in the system */
901 static int compact_nodes(void)
902 {
903         int nid;
904
905         /* Flush pending updates to the LRU lists */
906         lru_add_drain_all();
907
908         for_each_online_node(nid)
909                 compact_node(nid);
910
911         return COMPACT_COMPLETE;
912 }
913
914 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
915 int sysctl_compact_memory;
916
917 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
918 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
919                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
920 {
921         if (write)
922                 return compact_nodes();
923
924         return 0;
925 }
926
927 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
928                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
929 {
930         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
931
932         return 0;
933 }
934
935 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
936 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
937                         struct device_attribute *attr,
938                         const char *buf, size_t count)
939 {
940         int nid = dev->id;
941
942         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
943                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
944                 lru_add_drain_all();
945
946                 compact_node(nid);
947         }
948
949         return count;
950 }
951 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
952
953 int compaction_register_node(struct node *node)
954 {
955         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
956 }
957
958 void compaction_unregister_node(struct node *node)
959 {
960         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
961 }
962 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
963
964 #endif /* CONFIG_COMPACTION */