mm: compaction: memory compaction core
[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 "internal.h"
16
17 /*
18  * compact_control is used to track pages being migrated and the free pages
19  * they are being migrated to during memory compaction. The free_pfn starts
20  * at the end of a zone and migrate_pfn begins at the start. Movable pages
21  * are moved to the end of a zone during a compaction run and the run
22  * completes when free_pfn <= migrate_pfn
23  */
24 struct compact_control {
25         struct list_head freepages;     /* List of free pages to migrate to */
26         struct list_head migratepages;  /* List of pages being migrated */
27         unsigned long nr_freepages;     /* Number of isolated free pages */
28         unsigned long nr_migratepages;  /* Number of pages to migrate */
29         unsigned long free_pfn;         /* isolate_freepages search base */
30         unsigned long migrate_pfn;      /* isolate_migratepages search base */
31
32         /* Account for isolated anon and file pages */
33         unsigned long nr_anon;
34         unsigned long nr_file;
35
36         struct zone *zone;
37 };
38
39 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
40 {
41         struct page *page, *next;
42         unsigned long count = 0;
43
44         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
45                 list_del(&page->lru);
46                 __free_page(page);
47                 count++;
48         }
49
50         return count;
51 }
52
53 /* Isolate free pages onto a private freelist. Must hold zone->lock */
54 static unsigned long isolate_freepages_block(struct zone *zone,
55                                 unsigned long blockpfn,
56                                 struct list_head *freelist)
57 {
58         unsigned long zone_end_pfn, end_pfn;
59         int total_isolated = 0;
60         struct page *cursor;
61
62         /* Get the last PFN we should scan for free pages at */
63         zone_end_pfn = zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
64         end_pfn = min(blockpfn + pageblock_nr_pages, zone_end_pfn);
65
66         /* Find the first usable PFN in the block to initialse page cursor */
67         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++) {
68                 if (pfn_valid_within(blockpfn))
69                         break;
70         }
71         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
72
73         /* Isolate free pages. This assumes the block is valid */
74         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
75                 int isolated, i;
76                 struct page *page = cursor;
77
78                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
79                         continue;
80
81                 if (!PageBuddy(page))
82                         continue;
83
84                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
85                 isolated = split_free_page(page);
86                 total_isolated += isolated;
87                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
88                         list_add(&page->lru, freelist);
89                         page++;
90                 }
91
92                 /* If a page was split, advance to the end of it */
93                 if (isolated) {
94                         blockpfn += isolated - 1;
95                         cursor += isolated - 1;
96                 }
97         }
98
99         return total_isolated;
100 }
101
102 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
103 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
104 {
105
106         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
107
108         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
109         if (migratetype == MIGRATE_ISOLATE || migratetype == MIGRATE_RESERVE)
110                 return false;
111
112         /* If the page is a large free page, then allow migration */
113         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
114                 return true;
115
116         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE, allow migration */
117         if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
118                 return true;
119
120         /* Otherwise skip the block */
121         return false;
122 }
123
124 /*
125  * Based on information in the current compact_control, find blocks
126  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
127  */
128 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
129                                 struct compact_control *cc)
130 {
131         struct page *page;
132         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn;
133         unsigned long flags;
134         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
135         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
136
137         pfn = cc->free_pfn;
138         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
139         high_pfn = low_pfn;
140
141         /*
142          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
143          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
144          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
145          */
146         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
147         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
148                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
149                 unsigned long isolated;
150
151                 if (!pfn_valid(pfn))
152                         continue;
153
154                 /*
155                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
156                  * configurations to have a setup like
157                  * node0 node1 node0
158                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
159                  * pages do not belong to a single zone.
160                  */
161                 page = pfn_to_page(pfn);
162                 if (page_zone(page) != zone)
163                         continue;
164
165                 /* Check the block is suitable for migration */
166                 if (!suitable_migration_target(page))
167                         continue;
168
169                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
170                 isolated = isolate_freepages_block(zone, pfn, freelist);
171                 nr_freepages += isolated;
172
173                 /*
174                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
175                  * looking for free pages, the search will restart here as
176                  * page migration may have returned some pages to the allocator
177                  */
178                 if (isolated)
179                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
180         }
181         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
182
183         /* split_free_page does not map the pages */
184         list_for_each_entry(page, freelist, lru) {
185                 arch_alloc_page(page, 0);
186                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
187         }
188
189         cc->free_pfn = high_pfn;
190         cc->nr_freepages = nr_freepages;
191 }
192
193 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
194 static void acct_isolated(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
195 {
196         struct page *page;
197         unsigned int count[NR_LRU_LISTS] = { 0, };
198
199         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru) {
200                 int lru = page_lru_base_type(page);
201                 count[lru]++;
202         }
203
204         cc->nr_anon = count[LRU_ACTIVE_ANON] + count[LRU_INACTIVE_ANON];
205         cc->nr_file = count[LRU_ACTIVE_FILE] + count[LRU_INACTIVE_FILE];
206         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, cc->nr_anon);
207         __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, cc->nr_file);
208 }
209
210 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
211 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
212 {
213
214         unsigned long inactive, isolated;
215
216         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
217                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
218         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
219                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
220
221         return isolated > inactive;
222 }
223
224 /*
225  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
226  * the migrate scanner within compact_control.
227  */
228 static unsigned long isolate_migratepages(struct zone *zone,
229                                         struct compact_control *cc)
230 {
231         unsigned long low_pfn, end_pfn;
232         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
233
234         /* Do not scan outside zone boundaries */
235         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
236
237         /* Only scan within a pageblock boundary */
238         end_pfn = ALIGN(low_pfn + pageblock_nr_pages, pageblock_nr_pages);
239
240         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
241         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
242                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
243                 return 0;
244         }
245
246         /*
247          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
248          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
249          * delay for some time until fewer pages are isolated
250          */
251         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
252                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
253
254                 if (fatal_signal_pending(current))
255                         return 0;
256         }
257
258         /* Time to isolate some pages for migration */
259         spin_lock_irq(&zone->lru_lock);
260         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
261                 struct page *page;
262                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
263                         continue;
264
265                 /* Get the page and skip if free */
266                 page = pfn_to_page(low_pfn);
267                 if (PageBuddy(page))
268                         continue;
269
270                 /* Try isolate the page */
271                 if (__isolate_lru_page(page, ISOLATE_BOTH, 0) != 0)
272                         continue;
273
274                 /* Successfully isolated */
275                 del_page_from_lru_list(zone, page, page_lru(page));
276                 list_add(&page->lru, migratelist);
277                 mem_cgroup_del_lru(page);
278                 cc->nr_migratepages++;
279
280                 /* Avoid isolating too much */
281                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX)
282                         break;
283         }
284
285         acct_isolated(zone, cc);
286
287         spin_unlock_irq(&zone->lru_lock);
288         cc->migrate_pfn = low_pfn;
289
290         return cc->nr_migratepages;
291 }
292
293 /*
294  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
295  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
296  */
297 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
298                                         unsigned long data,
299                                         int **result)
300 {
301         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
302         struct page *freepage;
303
304         /* Isolate free pages if necessary */
305         if (list_empty(&cc->freepages)) {
306                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
307
308                 if (list_empty(&cc->freepages))
309                         return NULL;
310         }
311
312         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
313         list_del(&freepage->lru);
314         cc->nr_freepages--;
315
316         return freepage;
317 }
318
319 /*
320  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
321  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
322  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
323  */
324 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
325 {
326         int nr_migratepages = 0;
327         int nr_freepages = 0;
328         struct page *page;
329
330         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
331                 nr_migratepages++;
332         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
333                 nr_freepages++;
334
335         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
336         cc->nr_freepages = nr_freepages;
337 }
338
339 static int compact_finished(struct zone *zone,
340                                                 struct compact_control *cc)
341 {
342         if (fatal_signal_pending(current))
343                 return COMPACT_PARTIAL;
344
345         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
346         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn)
347                 return COMPACT_COMPLETE;
348
349         return COMPACT_CONTINUE;
350 }
351
352 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
353 {
354         int ret;
355
356         /* Setup to move all movable pages to the end of the zone */
357         cc->migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
358         cc->free_pfn = cc->migrate_pfn + zone->spanned_pages;
359         cc->free_pfn &= ~(pageblock_nr_pages-1);
360
361         migrate_prep_local();
362
363         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
364                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
365
366                 if (!isolate_migratepages(zone, cc))
367                         continue;
368
369                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
370                 migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
371                                                 (unsigned long)cc, 0);
372                 update_nr_listpages(cc);
373                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
374
375                 count_vm_event(COMPACTBLOCKS);
376                 count_vm_events(COMPACTPAGES, nr_migrate - nr_remaining);
377                 if (nr_remaining)
378                         count_vm_events(COMPACTPAGEFAILED, nr_remaining);
379
380                 /* Release LRU pages not migrated */
381                 if (!list_empty(&cc->migratepages)) {
382                         putback_lru_pages(&cc->migratepages);
383                         cc->nr_migratepages = 0;
384                 }
385
386         }
387
388         /* Release free pages and check accounting */
389         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
390         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
391
392         return ret;
393 }