Merge branch 'x86-bsp-hotplug-for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel...
[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 "internal.h"
19
20 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
21
22 #define CREATE_TRACE_POINTS
23 #include <trace/events/compaction.h>
24
25 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
26 {
27         struct page *page, *next;
28         unsigned long count = 0;
29
30         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
31                 list_del(&page->lru);
32                 __free_page(page);
33                 count++;
34         }
35
36         return count;
37 }
38
39 static void map_pages(struct list_head *list)
40 {
41         struct page *page;
42
43         list_for_each_entry(page, list, lru) {
44                 arch_alloc_page(page, 0);
45                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
46         }
47 }
48
49 static inline bool migrate_async_suitable(int migratetype)
50 {
51         return is_migrate_cma(migratetype) || migratetype == MIGRATE_MOVABLE;
52 }
53
54 #ifdef CONFIG_COMPACTION
55 /* Returns true if the pageblock should be scanned for pages to isolate. */
56 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
57                                         struct page *page)
58 {
59         if (cc->ignore_skip_hint)
60                 return true;
61
62         return !get_pageblock_skip(page);
63 }
64
65 /*
66  * This function is called to clear all cached information on pageblocks that
67  * should be skipped for page isolation when the migrate and free page scanner
68  * meet.
69  */
70 static void __reset_isolation_suitable(struct zone *zone)
71 {
72         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
73         unsigned long end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
74         unsigned long pfn;
75
76         zone->compact_cached_migrate_pfn = start_pfn;
77         zone->compact_cached_free_pfn = end_pfn;
78         zone->compact_blockskip_flush = false;
79
80         /* Walk the zone and mark every pageblock as suitable for isolation */
81         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
82                 struct page *page;
83
84                 cond_resched();
85
86                 if (!pfn_valid(pfn))
87                         continue;
88
89                 page = pfn_to_page(pfn);
90                 if (zone != page_zone(page))
91                         continue;
92
93                 clear_pageblock_skip(page);
94         }
95 }
96
97 void reset_isolation_suitable(pg_data_t *pgdat)
98 {
99         int zoneid;
100
101         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
102                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
103                 if (!populated_zone(zone))
104                         continue;
105
106                 /* Only flush if a full compaction finished recently */
107                 if (zone->compact_blockskip_flush)
108                         __reset_isolation_suitable(zone);
109         }
110 }
111
112 /*
113  * If no pages were isolated then mark this pageblock to be skipped in the
114  * future. The information is later cleared by __reset_isolation_suitable().
115  */
116 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
117                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
118                         bool migrate_scanner)
119 {
120         struct zone *zone = cc->zone;
121         if (!page)
122                 return;
123
124         if (!nr_isolated) {
125                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
126                 set_pageblock_skip(page);
127
128                 /* Update where compaction should restart */
129                 if (migrate_scanner) {
130                         if (!cc->finished_update_migrate &&
131                             pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn)
132                                 zone->compact_cached_migrate_pfn = pfn;
133                 } else {
134                         if (!cc->finished_update_free &&
135                             pfn < zone->compact_cached_free_pfn)
136                                 zone->compact_cached_free_pfn = pfn;
137                 }
138         }
139 }
140 #else
141 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
142                                         struct page *page)
143 {
144         return true;
145 }
146
147 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
148                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
149                         bool migrate_scanner)
150 {
151 }
152 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
153
154 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
155 {
156         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
157 }
158
159 /*
160  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
161  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
162  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
163  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
164  *
165  * Returns true if the lock is held.
166  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
167  */
168 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
169                                       bool locked, struct compact_control *cc)
170 {
171         if (should_release_lock(lock)) {
172                 if (locked) {
173                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
174                         locked = false;
175                 }
176
177                 /* async aborts if taking too long or contended */
178                 if (!cc->sync) {
179                         cc->contended = true;
180                         return false;
181                 }
182
183                 cond_resched();
184         }
185
186         if (!locked)
187                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
188         return true;
189 }
190
191 static inline bool compact_trylock_irqsave(spinlock_t *lock,
192                         unsigned long *flags, struct compact_control *cc)
193 {
194         return compact_checklock_irqsave(lock, flags, false, cc);
195 }
196
197 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
198 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
199 {
200         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
201
202         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
203         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
204                 return false;
205
206         /* If the page is a large free page, then allow migration */
207         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
208                 return true;
209
210         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
211         if (migrate_async_suitable(migratetype))
212                 return true;
213
214         /* Otherwise skip the block */
215         return false;
216 }
217
218 static void compact_capture_page(struct compact_control *cc)
219 {
220         unsigned long flags;
221         int mtype, mtype_low, mtype_high;
222
223         if (!cc->page || *cc->page)
224                 return;
225
226         /*
227          * For MIGRATE_MOVABLE allocations we capture a suitable page ASAP
228          * regardless of the migratetype of the freelist is is captured from.
229          * This is fine because the order for a high-order MIGRATE_MOVABLE
230          * allocation is typically at least a pageblock size and overall
231          * fragmentation is not impaired. Other allocation types must
232          * capture pages from their own migratelist because otherwise they
233          * could pollute other pageblocks like MIGRATE_MOVABLE with
234          * difficult to move pages and making fragmentation worse overall.
235          */
236         if (cc->migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
237                 mtype_low = 0;
238                 mtype_high = MIGRATE_PCPTYPES;
239         } else {
240                 mtype_low = cc->migratetype;
241                 mtype_high = cc->migratetype + 1;
242         }
243
244         /* Speculatively examine the free lists without zone lock */
245         for (mtype = mtype_low; mtype < mtype_high; mtype++) {
246                 int order;
247                 for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
248                         struct page *page;
249                         struct free_area *area;
250                         area = &(cc->zone->free_area[order]);
251                         if (list_empty(&area->free_list[mtype]))
252                                 continue;
253
254                         /* Take the lock and attempt capture of the page */
255                         if (!compact_trylock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags, cc))
256                                 return;
257                         if (!list_empty(&area->free_list[mtype])) {
258                                 page = list_entry(area->free_list[mtype].next,
259                                                         struct page, lru);
260                                 if (capture_free_page(page, cc->order, mtype)) {
261                                         spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock,
262                                                                         flags);
263                                         *cc->page = page;
264                                         return;
265                                 }
266                         }
267                         spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
268                 }
269         }
270 }
271
272 /*
273  * Isolate free pages onto a private freelist. Caller must hold zone->lock.
274  * If @strict is true, will abort returning 0 on any invalid PFNs or non-free
275  * pages inside of the pageblock (even though it may still end up isolating
276  * some pages).
277  */
278 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
279                                 unsigned long blockpfn,
280                                 unsigned long end_pfn,
281                                 struct list_head *freelist,
282                                 bool strict)
283 {
284         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
285         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
286         unsigned long nr_strict_required = end_pfn - blockpfn;
287         unsigned long flags;
288         bool locked = false;
289
290         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
291
292         /* Isolate free pages. */
293         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
294                 int isolated, i;
295                 struct page *page = cursor;
296
297                 nr_scanned++;
298                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
299                         continue;
300                 if (!valid_page)
301                         valid_page = page;
302                 if (!PageBuddy(page))
303                         continue;
304
305                 /*
306                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
307                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
308                  * heavily contended if there are parallel allocations
309                  * or parallel compactions. For async compaction do not
310                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
311                  * possible.
312                  */
313                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
314                                                                 locked, cc);
315                 if (!locked)
316                         break;
317
318                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
319                 if (!strict && !suitable_migration_target(page))
320                         break;
321
322                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
323                 if (!PageBuddy(page))
324                         continue;
325
326                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
327                 isolated = split_free_page(page);
328                 if (!isolated && strict)
329                         break;
330                 total_isolated += isolated;
331                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
332                         list_add(&page->lru, freelist);
333                         page++;
334                 }
335
336                 /* If a page was split, advance to the end of it */
337                 if (isolated) {
338                         blockpfn += isolated - 1;
339                         cursor += isolated - 1;
340                 }
341         }
342
343         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
344
345         /*
346          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
347          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
348          * returned and CMA will fail.
349          */
350         if (strict && nr_strict_required > total_isolated)
351                 total_isolated = 0;
352
353         if (locked)
354                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
355
356         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
357         if (blockpfn == end_pfn)
358                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, total_isolated, false);
359
360         return total_isolated;
361 }
362
363 /**
364  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
365  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
366  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
367  *
368  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
369  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
370  * undo its actions and return zero.
371  *
372  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
373  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
374  * a free page).
375  */
376 unsigned long
377 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
378                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
379 {
380         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
381         LIST_HEAD(freelist);
382
383         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
384                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
385                         break;
386
387                 /*
388                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
389                  * but we keep it that we not to complicate the code.
390                  */
391                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
392                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
393
394                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
395                                                    &freelist, true);
396
397                 /*
398                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
399                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
400                  * non-free pages).
401                  */
402                 if (!isolated)
403                         break;
404
405                 /*
406                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
407                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
408                  * page may span two pageblocks).
409                  */
410         }
411
412         /* split_free_page does not map the pages */
413         map_pages(&freelist);
414
415         if (pfn < end_pfn) {
416                 /* Loop terminated early, cleanup. */
417                 release_freepages(&freelist);
418                 return 0;
419         }
420
421         /* We don't use freelists for anything. */
422         return pfn;
423 }
424
425 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
426 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
427 {
428         struct page *page;
429         unsigned int count[2] = { 0, };
430
431         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
432                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
433
434         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
435         if (locked) {
436                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
437                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
438         } else {
439                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
440                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
441         }
442 }
443
444 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
445 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
446 {
447         unsigned long active, inactive, isolated;
448
449         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
450                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
451         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
452                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
453         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
454                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
455
456         return isolated > (inactive + active) / 2;
457 }
458
459 /**
460  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
461  * @zone:       Zone pages are in.
462  * @cc:         Compaction control structure.
463  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
464  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
465  * @unevictable: true if it allows to isolate unevictable pages
466  *
467  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
468  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
469  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
470  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
471  *
472  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
473  * zero.
474  *
475  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
476  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
477  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
478  */
479 unsigned long
480 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
481                 unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn, bool unevictable)
482 {
483         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
484         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
485         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
486         isolate_mode_t mode = 0;
487         struct lruvec *lruvec;
488         unsigned long flags;
489         bool locked = false;
490         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
491
492         /*
493          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
494          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
495          * delay for some time until fewer pages are isolated
496          */
497         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
498                 /* async migration should just abort */
499                 if (!cc->sync)
500                         return 0;
501
502                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
503
504                 if (fatal_signal_pending(current))
505                         return 0;
506         }
507
508         /* Time to isolate some pages for migration */
509         cond_resched();
510         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
511                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
512                 if (locked && !((low_pfn+1) % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
513                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
514                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
515                                 locked = false;
516                         }
517                 }
518
519                 /*
520                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
521                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
522                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
523                  * memory holes within the zone
524                  */
525                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
526                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
527                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
528                                 continue;
529                         }
530                 }
531
532                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
533                         continue;
534                 nr_scanned++;
535
536                 /*
537                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
538                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
539                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
540                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
541                  */
542                 page = pfn_to_page(low_pfn);
543                 if (page_zone(page) != zone)
544                         continue;
545
546                 if (!valid_page)
547                         valid_page = page;
548
549                 /* If isolation recently failed, do not retry */
550                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
551                 if (!isolation_suitable(cc, page))
552                         goto next_pageblock;
553
554                 /* Skip if free */
555                 if (PageBuddy(page))
556                         continue;
557
558                 /*
559                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
560                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
561                  * satisfies the allocation
562                  */
563                 if (!cc->sync && last_pageblock_nr != pageblock_nr &&
564                     !migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page))) {
565                         cc->finished_update_migrate = true;
566                         goto next_pageblock;
567                 }
568
569                 /*
570                  * Check may be lockless but that's ok as we recheck later.
571                  * It's possible to migrate LRU pages and balloon pages
572                  * Skip any other type of page
573                  */
574                 if (!PageLRU(page)) {
575                         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
576                                 if (locked && balloon_page_isolate(page)) {
577                                         /* Successfully isolated */
578                                         cc->finished_update_migrate = true;
579                                         list_add(&page->lru, migratelist);
580                                         cc->nr_migratepages++;
581                                         nr_isolated++;
582                                         goto check_compact_cluster;
583                                 }
584                         }
585                         continue;
586                 }
587
588                 /*
589                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
590                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
591                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
592                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
593                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
594                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
595                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
596                  * page underneath us may return surprising results.
597                  */
598                 if (PageTransHuge(page)) {
599                         if (!locked)
600                                 goto next_pageblock;
601                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
602                         continue;
603                 }
604
605                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
606                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
607                                                                 locked, cc);
608                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
609                         break;
610
611                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
612                 if (!PageLRU(page))
613                         continue;
614                 if (PageTransHuge(page)) {
615                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
616                         continue;
617                 }
618
619                 if (!cc->sync)
620                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
621
622                 if (unevictable)
623                         mode |= ISOLATE_UNEVICTABLE;
624
625                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
626
627                 /* Try isolate the page */
628                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
629                         continue;
630
631                 VM_BUG_ON(PageTransCompound(page));
632
633                 /* Successfully isolated */
634                 cc->finished_update_migrate = true;
635                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
636                 list_add(&page->lru, migratelist);
637                 cc->nr_migratepages++;
638                 nr_isolated++;
639
640 check_compact_cluster:
641                 /* Avoid isolating too much */
642                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
643                         ++low_pfn;
644                         break;
645                 }
646
647                 continue;
648
649 next_pageblock:
650                 low_pfn += pageblock_nr_pages;
651                 low_pfn = ALIGN(low_pfn, pageblock_nr_pages) - 1;
652                 last_pageblock_nr = pageblock_nr;
653         }
654
655         acct_isolated(zone, locked, cc);
656
657         if (locked)
658                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
659
660         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
661         if (low_pfn == end_pfn)
662                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated, true);
663
664         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
665
666         return low_pfn;
667 }
668
669 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
670 #ifdef CONFIG_COMPACTION
671 /*
672  * Based on information in the current compact_control, find blocks
673  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
674  */
675 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
676                                 struct compact_control *cc)
677 {
678         struct page *page;
679         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, zone_end_pfn, end_pfn;
680         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
681         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
682
683         /*
684          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
685          * scanned from (or the end of the zone if starting). The low point
686          * is the end of the pageblock the migration scanner is using.
687          */
688         pfn = cc->free_pfn;
689         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
690
691         /*
692          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
693          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
694          * in the next isolation cycle.
695          */
696         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
697
698         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
699
700         /*
701          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
702          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
703          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
704          */
705         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
706                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
707                 unsigned long isolated;
708
709                 if (!pfn_valid(pfn))
710                         continue;
711
712                 /*
713                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
714                  * configurations to have a setup like
715                  * node0 node1 node0
716                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
717                  * pages do not belong to a single zone.
718                  */
719                 page = pfn_to_page(pfn);
720                 if (page_zone(page) != zone)
721                         continue;
722
723                 /* Check the block is suitable for migration */
724                 if (!suitable_migration_target(page))
725                         continue;
726
727                 /* If isolation recently failed, do not retry */
728                 if (!isolation_suitable(cc, page))
729                         continue;
730
731                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
732                 isolated = 0;
733
734                 /*
735                  * As pfn may not start aligned, pfn+pageblock_nr_page
736                  * may cross a MAX_ORDER_NR_PAGES boundary and miss
737                  * a pfn_valid check. Ensure isolate_freepages_block()
738                  * only scans within a pageblock
739                  */
740                 end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
741                 end_pfn = min(end_pfn, zone_end_pfn);
742                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, end_pfn,
743                                                    freelist, false);
744                 nr_freepages += isolated;
745
746                 /*
747                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
748                  * looking for free pages, the search will restart here as
749                  * page migration may have returned some pages to the allocator
750                  */
751                 if (isolated) {
752                         cc->finished_update_free = true;
753                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
754                 }
755         }
756
757         /* split_free_page does not map the pages */
758         map_pages(freelist);
759
760         cc->free_pfn = high_pfn;
761         cc->nr_freepages = nr_freepages;
762 }
763
764 /*
765  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
766  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
767  */
768 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
769                                         unsigned long data,
770                                         int **result)
771 {
772         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
773         struct page *freepage;
774
775         /* Isolate free pages if necessary */
776         if (list_empty(&cc->freepages)) {
777                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
778
779                 if (list_empty(&cc->freepages))
780                         return NULL;
781         }
782
783         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
784         list_del(&freepage->lru);
785         cc->nr_freepages--;
786
787         return freepage;
788 }
789
790 /*
791  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
792  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
793  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
794  */
795 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
796 {
797         int nr_migratepages = 0;
798         int nr_freepages = 0;
799         struct page *page;
800
801         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
802                 nr_migratepages++;
803         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
804                 nr_freepages++;
805
806         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
807         cc->nr_freepages = nr_freepages;
808 }
809
810 /* possible outcome of isolate_migratepages */
811 typedef enum {
812         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
813         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
814         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
815 } isolate_migrate_t;
816
817 /*
818  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
819  * the migrate scanner within compact_control.
820  */
821 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
822                                         struct compact_control *cc)
823 {
824         unsigned long low_pfn, end_pfn;
825
826         /* Do not scan outside zone boundaries */
827         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
828
829         /* Only scan within a pageblock boundary */
830         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
831
832         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
833         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
834                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
835                 return ISOLATE_NONE;
836         }
837
838         /* Perform the isolation */
839         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn, false);
840         if (!low_pfn || cc->contended)
841                 return ISOLATE_ABORT;
842
843         cc->migrate_pfn = low_pfn;
844
845         return ISOLATE_SUCCESS;
846 }
847
848 static int compact_finished(struct zone *zone,
849                             struct compact_control *cc)
850 {
851         unsigned long watermark;
852
853         if (fatal_signal_pending(current))
854                 return COMPACT_PARTIAL;
855
856         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
857         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
858                 /*
859                  * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
860                  * by kswapd when it goes to sleep. kswapd does not set the
861                  * flag itself as the decision to be clear should be directly
862                  * based on an allocation request.
863                  */
864                 if (!current_is_kswapd())
865                         zone->compact_blockskip_flush = true;
866
867                 return COMPACT_COMPLETE;
868         }
869
870         /*
871          * order == -1 is expected when compacting via
872          * /proc/sys/vm/compact_memory
873          */
874         if (cc->order == -1)
875                 return COMPACT_CONTINUE;
876
877         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
878         watermark = low_wmark_pages(zone);
879         watermark += (1 << cc->order);
880
881         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
882                 return COMPACT_CONTINUE;
883
884         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
885         if (cc->page) {
886                 /* Was a suitable page captured? */
887                 if (*cc->page)
888                         return COMPACT_PARTIAL;
889         } else {
890                 unsigned int order;
891                 for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
892                         struct free_area *area = &zone->free_area[cc->order];
893                         /* Job done if page is free of the right migratetype */
894                         if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
895                                 return COMPACT_PARTIAL;
896
897                         /* Job done if allocation would set block type */
898                         if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
899                                 return COMPACT_PARTIAL;
900                 }
901         }
902
903         return COMPACT_CONTINUE;
904 }
905
906 /*
907  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
908  * Returns
909  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
910  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
911  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
912  */
913 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
914 {
915         int fragindex;
916         unsigned long watermark;
917
918         /*
919          * order == -1 is expected when compacting via
920          * /proc/sys/vm/compact_memory
921          */
922         if (order == -1)
923                 return COMPACT_CONTINUE;
924
925         /*
926          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
927          * This is because during migration, copies of pages need to be
928          * allocated and for a short time, the footprint is higher
929          */
930         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
931         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
932                 return COMPACT_SKIPPED;
933
934         /*
935          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
936          * low memory or external fragmentation
937          *
938          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
939          * watermarks
940          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
941          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
942          *
943          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
944          */
945         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
946         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
947                 return COMPACT_SKIPPED;
948
949         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
950             0, 0))
951                 return COMPACT_PARTIAL;
952
953         return COMPACT_CONTINUE;
954 }
955
956 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
957 {
958         int ret;
959         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
960         unsigned long end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
961
962         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
963         switch (ret) {
964         case COMPACT_PARTIAL:
965         case COMPACT_SKIPPED:
966                 /* Compaction is likely to fail */
967                 return ret;
968         case COMPACT_CONTINUE:
969                 /* Fall through to compaction */
970                 ;
971         }
972
973         /*
974          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
975          * information on where the scanners should start but check that it
976          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
977          */
978         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn;
979         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
980         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
981                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
982                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
983         }
984         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
985                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
986                 zone->compact_cached_migrate_pfn = cc->migrate_pfn;
987         }
988
989         /*
990          * Clear pageblock skip if there were failures recently and compaction
991          * is about to be retried after being deferred. kswapd does not do
992          * this reset as it'll reset the cached information when going to sleep.
993          */
994         if (compaction_restarting(zone, cc->order) && !current_is_kswapd())
995                 __reset_isolation_suitable(zone);
996
997         migrate_prep_local();
998
999         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
1000                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
1001                 int err;
1002
1003                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
1004                 case ISOLATE_ABORT:
1005                         ret = COMPACT_PARTIAL;
1006                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1007                         cc->nr_migratepages = 0;
1008                         goto out;
1009                 case ISOLATE_NONE:
1010                         continue;
1011                 case ISOLATE_SUCCESS:
1012                         ;
1013                 }
1014
1015                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
1016                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
1017                                 (unsigned long)cc, false,
1018                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC);
1019                 update_nr_listpages(cc);
1020                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
1021
1022                 count_vm_event(COMPACTBLOCKS);
1023                 count_vm_events(COMPACTPAGES, nr_migrate - nr_remaining);
1024                 if (nr_remaining)
1025                         count_vm_events(COMPACTPAGEFAILED, nr_remaining);
1026                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
1027                                                 nr_remaining);
1028
1029                 /* Release isolated pages not migrated */
1030                 if (err) {
1031                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1032                         cc->nr_migratepages = 0;
1033                         if (err == -ENOMEM) {
1034                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
1035                                 goto out;
1036                         }
1037                 }
1038
1039                 /* Capture a page now if it is a suitable size */
1040                 compact_capture_page(cc);
1041         }
1042
1043 out:
1044         /* Release free pages and check accounting */
1045         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
1046         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
1047
1048         return ret;
1049 }
1050
1051 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
1052                                  int order, gfp_t gfp_mask,
1053                                  bool sync, bool *contended,
1054                                  struct page **page)
1055 {
1056         unsigned long ret;
1057         struct compact_control cc = {
1058                 .nr_freepages = 0,
1059                 .nr_migratepages = 0,
1060                 .order = order,
1061                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1062                 .zone = zone,
1063                 .sync = sync,
1064                 .page = page,
1065         };
1066         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1067         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1068
1069         ret = compact_zone(zone, &cc);
1070
1071         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1072         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1073
1074         *contended = cc.contended;
1075         return ret;
1076 }
1077
1078 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1079
1080 /**
1081  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1082  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1083  * @order: The order of the current allocation
1084  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1085  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1086  * @sync: Whether migration is synchronous or not
1087  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1088  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1089  *
1090  * This is the main entry point for direct page compaction.
1091  */
1092 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1093                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1094                         bool sync, bool *contended, struct page **page)
1095 {
1096         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1097         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1098         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1099         struct zoneref *z;
1100         struct zone *zone;
1101         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1102         int alloc_flags = 0;
1103
1104         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1105         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1106                 return rc;
1107
1108         count_vm_event(COMPACTSTALL);
1109
1110 #ifdef CONFIG_CMA
1111         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1112                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1113 #endif
1114         /* Compact each zone in the list */
1115         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1116                                                                 nodemask) {
1117                 int status;
1118
1119                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
1120                                                 contended, page);
1121                 rc = max(status, rc);
1122
1123                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1124                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1125                                       alloc_flags))
1126                         break;
1127         }
1128
1129         return rc;
1130 }
1131
1132
1133 /* Compact all zones within a node */
1134 static int __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1135 {
1136         int zoneid;
1137         struct zone *zone;
1138
1139         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1140
1141                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1142                 if (!populated_zone(zone))
1143                         continue;
1144
1145                 cc->nr_freepages = 0;
1146                 cc->nr_migratepages = 0;
1147                 cc->zone = zone;
1148                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1149                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1150
1151                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1152                         compact_zone(zone, cc);
1153
1154                 if (cc->order > 0) {
1155                         int ok = zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1156                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0);
1157                         if (ok && cc->order >= zone->compact_order_failed)
1158                                 zone->compact_order_failed = cc->order + 1;
1159                         /* Currently async compaction is never deferred. */
1160                         else if (!ok && cc->sync)
1161                                 defer_compaction(zone, cc->order);
1162                 }
1163
1164                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1165                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1166         }
1167
1168         return 0;
1169 }
1170
1171 int compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1172 {
1173         struct compact_control cc = {
1174                 .order = order,
1175                 .sync = false,
1176                 .page = NULL,
1177         };
1178
1179         return __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1180 }
1181
1182 static int compact_node(int nid)
1183 {
1184         struct compact_control cc = {
1185                 .order = -1,
1186                 .sync = true,
1187                 .page = NULL,
1188         };
1189
1190         return __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1191 }
1192
1193 /* Compact all nodes in the system */
1194 static int compact_nodes(void)
1195 {
1196         int nid;
1197
1198         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1199         lru_add_drain_all();
1200
1201         for_each_online_node(nid)
1202                 compact_node(nid);
1203
1204         return COMPACT_COMPLETE;
1205 }
1206
1207 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1208 int sysctl_compact_memory;
1209
1210 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1211 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1212                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1213 {
1214         if (write)
1215                 return compact_nodes();
1216
1217         return 0;
1218 }
1219
1220 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1221                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1222 {
1223         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1224
1225         return 0;
1226 }
1227
1228 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1229 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1230                         struct device_attribute *attr,
1231                         const char *buf, size_t count)
1232 {
1233         int nid = dev->id;
1234
1235         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1236                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1237                 lru_add_drain_all();
1238
1239                 compact_node(nid);
1240         }
1241
1242         return count;
1243 }
1244 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1245
1246 int compaction_register_node(struct node *node)
1247 {
1248         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1249 }
1250
1251 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1252 {
1253         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1254 }
1255 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1256
1257 #endif /* CONFIG_COMPACTION */