of: Fix NULL dereference in unflatten_and_copy()
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / mm / compaction.c
1 /*
2  * linux/mm/compaction.c
3  *
4  * Memory compaction for the reduction of external fragmentation. Note that
5  * this heavily depends upon page migration to do all the real heavy
6  * lifting
7  *
8  * Copyright IBM Corp. 2007-2010 Mel Gorman <mel@csn.ul.ie>
9  */
10 #include <linux/swap.h>
11 #include <linux/migrate.h>
12 #include <linux/compaction.h>
13 #include <linux/mm_inline.h>
14 #include <linux/backing-dev.h>
15 #include <linux/sysctl.h>
16 #include <linux/sysfs.h>
17 #include <linux/balloon_compaction.h>
18 #include <linux/page-isolation.h>
19 #include "internal.h"
20
21 #ifdef CONFIG_COMPACTION
22 static inline void count_compact_event(enum vm_event_item item)
23 {
24         count_vm_event(item);
25 }
26
27 static inline void count_compact_events(enum vm_event_item item, long delta)
28 {
29         count_vm_events(item, delta);
30 }
31 #else
32 #define count_compact_event(item) do { } while (0)
33 #define count_compact_events(item, delta) do { } while (0)
34 #endif
35
36 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
37
38 #define CREATE_TRACE_POINTS
39 #include <trace/events/compaction.h>
40
41 static unsigned long release_freepages(struct list_head *freelist)
42 {
43         struct page *page, *next;
44         unsigned long count = 0;
45
46         list_for_each_entry_safe(page, next, freelist, lru) {
47                 list_del(&page->lru);
48                 __free_page(page);
49                 count++;
50         }
51
52         return count;
53 }
54
55 static void map_pages(struct list_head *list)
56 {
57         struct page *page;
58
59         list_for_each_entry(page, list, lru) {
60                 arch_alloc_page(page, 0);
61                 kernel_map_pages(page, 1, 1);
62         }
63 }
64
65 static inline bool migrate_async_suitable(int migratetype)
66 {
67         return is_migrate_cma(migratetype) || migratetype == MIGRATE_MOVABLE;
68 }
69
70 #ifdef CONFIG_COMPACTION
71 /* Returns true if the pageblock should be scanned for pages to isolate. */
72 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
73                                         struct page *page)
74 {
75         if (cc->ignore_skip_hint)
76                 return true;
77
78         return !get_pageblock_skip(page);
79 }
80
81 /*
82  * This function is called to clear all cached information on pageblocks that
83  * should be skipped for page isolation when the migrate and free page scanner
84  * meet.
85  */
86 static void __reset_isolation_suitable(struct zone *zone)
87 {
88         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
89         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
90         unsigned long pfn;
91
92         zone->compact_cached_migrate_pfn = start_pfn;
93         zone->compact_cached_free_pfn = end_pfn;
94         zone->compact_blockskip_flush = false;
95
96         /* Walk the zone and mark every pageblock as suitable for isolation */
97         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
98                 struct page *page;
99
100                 cond_resched();
101
102                 if (!pfn_valid(pfn))
103                         continue;
104
105                 page = pfn_to_page(pfn);
106                 if (zone != page_zone(page))
107                         continue;
108
109                 clear_pageblock_skip(page);
110         }
111 }
112
113 void reset_isolation_suitable(pg_data_t *pgdat)
114 {
115         int zoneid;
116
117         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
118                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
119                 if (!populated_zone(zone))
120                         continue;
121
122                 /* Only flush if a full compaction finished recently */
123                 if (zone->compact_blockskip_flush)
124                         __reset_isolation_suitable(zone);
125         }
126 }
127
128 /*
129  * If no pages were isolated then mark this pageblock to be skipped in the
130  * future. The information is later cleared by __reset_isolation_suitable().
131  */
132 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
133                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
134                         bool migrate_scanner)
135 {
136         struct zone *zone = cc->zone;
137         if (!page)
138                 return;
139
140         if (!nr_isolated) {
141                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
142                 set_pageblock_skip(page);
143
144                 /* Update where compaction should restart */
145                 if (migrate_scanner) {
146                         if (!cc->finished_update_migrate &&
147                             pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn)
148                                 zone->compact_cached_migrate_pfn = pfn;
149                 } else {
150                         if (!cc->finished_update_free &&
151                             pfn < zone->compact_cached_free_pfn)
152                                 zone->compact_cached_free_pfn = pfn;
153                 }
154         }
155 }
156 #else
157 static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
158                                         struct page *page)
159 {
160         return true;
161 }
162
163 static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
164                         struct page *page, unsigned long nr_isolated,
165                         bool migrate_scanner)
166 {
167 }
168 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
169
170 static inline bool should_release_lock(spinlock_t *lock)
171 {
172         return need_resched() || spin_is_contended(lock);
173 }
174
175 /*
176  * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
177  * very heavily contended. Check if the process needs to be scheduled or
178  * if the lock is contended. For async compaction, back out in the event
179  * if contention is severe. For sync compaction, schedule.
180  *
181  * Returns true if the lock is held.
182  * Returns false if the lock is released and compaction should abort
183  */
184 static bool compact_checklock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
185                                       bool locked, struct compact_control *cc)
186 {
187         if (should_release_lock(lock)) {
188                 if (locked) {
189                         spin_unlock_irqrestore(lock, *flags);
190                         locked = false;
191                 }
192
193                 /* async aborts if taking too long or contended */
194                 if (!cc->sync) {
195                         cc->contended = true;
196                         return false;
197                 }
198
199                 cond_resched();
200         }
201
202         if (!locked)
203                 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
204         return true;
205 }
206
207 static inline bool compact_trylock_irqsave(spinlock_t *lock,
208                         unsigned long *flags, struct compact_control *cc)
209 {
210         return compact_checklock_irqsave(lock, flags, false, cc);
211 }
212
213 /* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
214 static bool suitable_migration_target(struct page *page)
215 {
216         int migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
217
218         /* Don't interfere with memory hot-remove or the min_free_kbytes blocks */
219         if (migratetype == MIGRATE_RESERVE)
220                 return false;
221
222         if (is_migrate_isolate(migratetype))
223                 return false;
224
225         /* If the page is a large free page, then allow migration */
226         if (PageBuddy(page) && page_order(page) >= pageblock_order)
227                 return true;
228
229         /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
230         if (migrate_async_suitable(migratetype))
231                 return true;
232
233         /* Otherwise skip the block */
234         return false;
235 }
236
237 /*
238  * Isolate free pages onto a private freelist. If @strict is true, will abort
239  * returning 0 on any invalid PFNs or non-free pages inside of the pageblock
240  * (even though it may still end up isolating some pages).
241  */
242 static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
243                                 unsigned long blockpfn,
244                                 unsigned long end_pfn,
245                                 struct list_head *freelist,
246                                 bool strict)
247 {
248         int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
249         struct page *cursor, *valid_page = NULL;
250         unsigned long nr_strict_required = end_pfn - blockpfn;
251         unsigned long flags;
252         bool locked = false;
253
254         cursor = pfn_to_page(blockpfn);
255
256         /* Isolate free pages. */
257         for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn++, cursor++) {
258                 int isolated, i;
259                 struct page *page = cursor;
260
261                 nr_scanned++;
262                 if (!pfn_valid_within(blockpfn))
263                         continue;
264                 if (!valid_page)
265                         valid_page = page;
266                 if (!PageBuddy(page))
267                         continue;
268
269                 /*
270                  * The zone lock must be held to isolate freepages.
271                  * Unfortunately this is a very coarse lock and can be
272                  * heavily contended if there are parallel allocations
273                  * or parallel compactions. For async compaction do not
274                  * spin on the lock and we acquire the lock as late as
275                  * possible.
276                  */
277                 locked = compact_checklock_irqsave(&cc->zone->lock, &flags,
278                                                                 locked, cc);
279                 if (!locked)
280                         break;
281
282                 /* Recheck this is a suitable migration target under lock */
283                 if (!strict && !suitable_migration_target(page))
284                         break;
285
286                 /* Recheck this is a buddy page under lock */
287                 if (!PageBuddy(page))
288                         continue;
289
290                 /* Found a free page, break it into order-0 pages */
291                 isolated = split_free_page(page);
292                 if (!isolated && strict)
293                         break;
294                 total_isolated += isolated;
295                 for (i = 0; i < isolated; i++) {
296                         list_add(&page->lru, freelist);
297                         page++;
298                 }
299
300                 /* If a page was split, advance to the end of it */
301                 if (isolated) {
302                         blockpfn += isolated - 1;
303                         cursor += isolated - 1;
304                 }
305         }
306
307         trace_mm_compaction_isolate_freepages(nr_scanned, total_isolated);
308
309         /*
310          * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
311          * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
312          * returned and CMA will fail.
313          */
314         if (strict && nr_strict_required > total_isolated)
315                 total_isolated = 0;
316
317         if (locked)
318                 spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
319
320         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
321         if (blockpfn == end_pfn)
322                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, total_isolated, false);
323
324         count_compact_events(COMPACTFREE_SCANNED, nr_scanned);
325         if (total_isolated)
326                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, total_isolated);
327         return total_isolated;
328 }
329
330 /**
331  * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
332  * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
333  * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
334  *
335  * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
336  * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
337  * undo its actions and return zero.
338  *
339  * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
340  * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
341  * a free page).
342  */
343 unsigned long
344 isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
345                         unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
346 {
347         unsigned long isolated, pfn, block_end_pfn;
348         LIST_HEAD(freelist);
349
350         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += isolated) {
351                 if (!pfn_valid(pfn) || cc->zone != page_zone(pfn_to_page(pfn)))
352                         break;
353
354                 /*
355                  * On subsequent iterations ALIGN() is actually not needed,
356                  * but we keep it that we not to complicate the code.
357                  */
358                 block_end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
359                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);
360
361                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
362                                                    &freelist, true);
363
364                 /*
365                  * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
366                  * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
367                  * non-free pages).
368                  */
369                 if (!isolated)
370                         break;
371
372                 /*
373                  * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
374                  * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
375                  * page may span two pageblocks).
376                  */
377         }
378
379         /* split_free_page does not map the pages */
380         map_pages(&freelist);
381
382         if (pfn < end_pfn) {
383                 /* Loop terminated early, cleanup. */
384                 release_freepages(&freelist);
385                 return 0;
386         }
387
388         /* We don't use freelists for anything. */
389         return pfn;
390 }
391
392 /* Update the number of anon and file isolated pages in the zone */
393 static void acct_isolated(struct zone *zone, bool locked, struct compact_control *cc)
394 {
395         struct page *page;
396         unsigned int count[2] = { 0, };
397
398         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
399                 count[!!page_is_file_cache(page)]++;
400
401         /* If locked we can use the interrupt unsafe versions */
402         if (locked) {
403                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
404                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
405         } else {
406                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON, count[0]);
407                 mod_zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE, count[1]);
408         }
409 }
410
411 /* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
412 static bool too_many_isolated(struct zone *zone)
413 {
414         unsigned long active, inactive, isolated;
415
416         inactive = zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE) +
417                                         zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON);
418         active = zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE) +
419                                         zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON);
420         isolated = zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE) +
421                                         zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON);
422
423         return isolated > (inactive + active) / 2;
424 }
425
426 /**
427  * isolate_migratepages_range() - isolate all migrate-able pages in range.
428  * @zone:       Zone pages are in.
429  * @cc:         Compaction control structure.
430  * @low_pfn:    The first PFN of the range.
431  * @end_pfn:    The one-past-the-last PFN of the range.
432  * @unevictable: true if it allows to isolate unevictable pages
433  *
434  * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
435  * [low_pfn, end_pfn).  Returns zero if there is a fatal signal
436  * pending), otherwise PFN of the first page that was not scanned
437  * (which may be both less, equal to or more then end_pfn).
438  *
439  * Assumes that cc->migratepages is empty and cc->nr_migratepages is
440  * zero.
441  *
442  * Apart from cc->migratepages and cc->nr_migratetypes this function
443  * does not modify any cc's fields, in particular it does not modify
444  * (or read for that matter) cc->migrate_pfn.
445  */
446 unsigned long
447 isolate_migratepages_range(struct zone *zone, struct compact_control *cc,
448                 unsigned long low_pfn, unsigned long end_pfn, bool unevictable)
449 {
450         unsigned long last_pageblock_nr = 0, pageblock_nr;
451         unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
452         struct list_head *migratelist = &cc->migratepages;
453         isolate_mode_t mode = 0;
454         struct lruvec *lruvec;
455         unsigned long flags;
456         bool locked = false;
457         struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
458
459         /*
460          * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
461          * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
462          * delay for some time until fewer pages are isolated
463          */
464         while (unlikely(too_many_isolated(zone))) {
465                 /* async migration should just abort */
466                 if (!cc->sync)
467                         return 0;
468
469                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
470
471                 if (fatal_signal_pending(current))
472                         return 0;
473         }
474
475         /* Time to isolate some pages for migration */
476         cond_resched();
477         for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
478                 /* give a chance to irqs before checking need_resched() */
479                 if (locked && !((low_pfn+1) % SWAP_CLUSTER_MAX)) {
480                         if (should_release_lock(&zone->lru_lock)) {
481                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
482                                 locked = false;
483                         }
484                 }
485
486                 /*
487                  * migrate_pfn does not necessarily start aligned to a
488                  * pageblock. Ensure that pfn_valid is called when moving
489                  * into a new MAX_ORDER_NR_PAGES range in case of large
490                  * memory holes within the zone
491                  */
492                 if ((low_pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
493                         if (!pfn_valid(low_pfn)) {
494                                 low_pfn += MAX_ORDER_NR_PAGES - 1;
495                                 continue;
496                         }
497                 }
498
499                 if (!pfn_valid_within(low_pfn))
500                         continue;
501                 nr_scanned++;
502
503                 /*
504                  * Get the page and ensure the page is within the same zone.
505                  * See the comment in isolate_freepages about overlapping
506                  * nodes. It is deliberate that the new zone lock is not taken
507                  * as memory compaction should not move pages between nodes.
508                  */
509                 page = pfn_to_page(low_pfn);
510                 if (page_zone(page) != zone)
511                         continue;
512
513                 if (!valid_page)
514                         valid_page = page;
515
516                 /* If isolation recently failed, do not retry */
517                 pageblock_nr = low_pfn >> pageblock_order;
518                 if (!isolation_suitable(cc, page))
519                         goto next_pageblock;
520
521                 /* Skip if free */
522                 if (PageBuddy(page))
523                         continue;
524
525                 /*
526                  * For async migration, also only scan in MOVABLE blocks. Async
527                  * migration is optimistic to see if the minimum amount of work
528                  * satisfies the allocation
529                  */
530                 if (!cc->sync && last_pageblock_nr != pageblock_nr &&
531                     !migrate_async_suitable(get_pageblock_migratetype(page))) {
532                         cc->finished_update_migrate = true;
533                         goto next_pageblock;
534                 }
535
536                 /*
537                  * Check may be lockless but that's ok as we recheck later.
538                  * It's possible to migrate LRU pages and balloon pages
539                  * Skip any other type of page
540                  */
541                 if (!PageLRU(page)) {
542                         if (unlikely(balloon_page_movable(page))) {
543                                 if (locked && balloon_page_isolate(page)) {
544                                         /* Successfully isolated */
545                                         cc->finished_update_migrate = true;
546                                         list_add(&page->lru, migratelist);
547                                         cc->nr_migratepages++;
548                                         nr_isolated++;
549                                         goto check_compact_cluster;
550                                 }
551                         }
552                         continue;
553                 }
554
555                 /*
556                  * PageLRU is set. lru_lock normally excludes isolation
557                  * splitting and collapsing (collapsing has already happened
558                  * if PageLRU is set) but the lock is not necessarily taken
559                  * here and it is wasteful to take it just to check transhuge.
560                  * Check TransHuge without lock and skip the whole pageblock if
561                  * it's either a transhuge or hugetlbfs page, as calling
562                  * compound_order() without preventing THP from splitting the
563                  * page underneath us may return surprising results.
564                  */
565                 if (PageTransHuge(page)) {
566                         if (!locked)
567                                 goto next_pageblock;
568                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
569                         continue;
570                 }
571
572                 /* Check if it is ok to still hold the lock */
573                 locked = compact_checklock_irqsave(&zone->lru_lock, &flags,
574                                                                 locked, cc);
575                 if (!locked || fatal_signal_pending(current))
576                         break;
577
578                 /* Recheck PageLRU and PageTransHuge under lock */
579                 if (!PageLRU(page))
580                         continue;
581                 if (PageTransHuge(page)) {
582                         low_pfn += (1 << compound_order(page)) - 1;
583                         continue;
584                 }
585
586                 if (!cc->sync)
587                         mode |= ISOLATE_ASYNC_MIGRATE;
588
589                 if (unevictable)
590                         mode |= ISOLATE_UNEVICTABLE;
591
592                 lruvec = mem_cgroup_page_lruvec(page, zone);
593
594                 /* Try isolate the page */
595                 if (__isolate_lru_page(page, mode) != 0)
596                         continue;
597
598                 VM_BUG_ON(PageTransCompound(page));
599
600                 /* Successfully isolated */
601                 cc->finished_update_migrate = true;
602                 del_page_from_lru_list(page, lruvec, page_lru(page));
603                 list_add(&page->lru, migratelist);
604                 cc->nr_migratepages++;
605                 nr_isolated++;
606
607 check_compact_cluster:
608                 /* Avoid isolating too much */
609                 if (cc->nr_migratepages == COMPACT_CLUSTER_MAX) {
610                         ++low_pfn;
611                         break;
612                 }
613
614                 continue;
615
616 next_pageblock:
617                 low_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages) - 1;
618                 last_pageblock_nr = pageblock_nr;
619         }
620
621         acct_isolated(zone, locked, cc);
622
623         if (locked)
624                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lru_lock, flags);
625
626         /* Update the pageblock-skip if the whole pageblock was scanned */
627         if (low_pfn == end_pfn)
628                 update_pageblock_skip(cc, valid_page, nr_isolated, true);
629
630         trace_mm_compaction_isolate_migratepages(nr_scanned, nr_isolated);
631
632         count_compact_events(COMPACTMIGRATE_SCANNED, nr_scanned);
633         if (nr_isolated)
634                 count_compact_events(COMPACTISOLATED, nr_isolated);
635
636         return low_pfn;
637 }
638
639 #endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
640 #ifdef CONFIG_COMPACTION
641 /*
642  * Based on information in the current compact_control, find blocks
643  * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
644  */
645 static void isolate_freepages(struct zone *zone,
646                                 struct compact_control *cc)
647 {
648         struct page *page;
649         unsigned long high_pfn, low_pfn, pfn, z_end_pfn, end_pfn;
650         int nr_freepages = cc->nr_freepages;
651         struct list_head *freelist = &cc->freepages;
652
653         /*
654          * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
655          * scanned from (or the end of the zone if starting). The low point
656          * is the end of the pageblock the migration scanner is using.
657          */
658         pfn = cc->free_pfn;
659         low_pfn = cc->migrate_pfn + pageblock_nr_pages;
660
661         /*
662          * Take care that if the migration scanner is at the end of the zone
663          * that the free scanner does not accidentally move to the next zone
664          * in the next isolation cycle.
665          */
666         high_pfn = min(low_pfn, pfn);
667
668         z_end_pfn = zone_end_pfn(zone);
669
670         /*
671          * Isolate free pages until enough are available to migrate the
672          * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
673          * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
674          */
675         for (; pfn > low_pfn && cc->nr_migratepages > nr_freepages;
676                                         pfn -= pageblock_nr_pages) {
677                 unsigned long isolated;
678
679                 /*
680                  * This can iterate a massively long zone without finding any
681                  * suitable migration targets, so periodically check if we need
682                  * to schedule.
683                  */
684                 cond_resched();
685
686                 if (!pfn_valid(pfn))
687                         continue;
688
689                 /*
690                  * Check for overlapping nodes/zones. It's possible on some
691                  * configurations to have a setup like
692                  * node0 node1 node0
693                  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of
694                  * pages do not belong to a single zone.
695                  */
696                 page = pfn_to_page(pfn);
697                 if (page_zone(page) != zone)
698                         continue;
699
700                 /* Check the block is suitable for migration */
701                 if (!suitable_migration_target(page))
702                         continue;
703
704                 /* If isolation recently failed, do not retry */
705                 if (!isolation_suitable(cc, page))
706                         continue;
707
708                 /* Found a block suitable for isolating free pages from */
709                 isolated = 0;
710
711                 /*
712                  * As pfn may not start aligned, pfn+pageblock_nr_page
713                  * may cross a MAX_ORDER_NR_PAGES boundary and miss
714                  * a pfn_valid check. Ensure isolate_freepages_block()
715                  * only scans within a pageblock
716                  */
717                 end_pfn = ALIGN(pfn + 1, pageblock_nr_pages);
718                 end_pfn = min(end_pfn, z_end_pfn);
719                 isolated = isolate_freepages_block(cc, pfn, end_pfn,
720                                                    freelist, false);
721                 nr_freepages += isolated;
722
723                 /*
724                  * Record the highest PFN we isolated pages from. When next
725                  * looking for free pages, the search will restart here as
726                  * page migration may have returned some pages to the allocator
727                  */
728                 if (isolated) {
729                         cc->finished_update_free = true;
730                         high_pfn = max(high_pfn, pfn);
731                 }
732         }
733
734         /* split_free_page does not map the pages */
735         map_pages(freelist);
736
737         cc->free_pfn = high_pfn;
738         cc->nr_freepages = nr_freepages;
739 }
740
741 /*
742  * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
743  * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
744  */
745 static struct page *compaction_alloc(struct page *migratepage,
746                                         unsigned long data,
747                                         int **result)
748 {
749         struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
750         struct page *freepage;
751
752         /* Isolate free pages if necessary */
753         if (list_empty(&cc->freepages)) {
754                 isolate_freepages(cc->zone, cc);
755
756                 if (list_empty(&cc->freepages))
757                         return NULL;
758         }
759
760         freepage = list_entry(cc->freepages.next, struct page, lru);
761         list_del(&freepage->lru);
762         cc->nr_freepages--;
763
764         return freepage;
765 }
766
767 /*
768  * We cannot control nr_migratepages and nr_freepages fully when migration is
769  * running as migrate_pages() has no knowledge of compact_control. When
770  * migration is complete, we count the number of pages on the lists by hand.
771  */
772 static void update_nr_listpages(struct compact_control *cc)
773 {
774         int nr_migratepages = 0;
775         int nr_freepages = 0;
776         struct page *page;
777
778         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
779                 nr_migratepages++;
780         list_for_each_entry(page, &cc->freepages, lru)
781                 nr_freepages++;
782
783         cc->nr_migratepages = nr_migratepages;
784         cc->nr_freepages = nr_freepages;
785 }
786
787 /* possible outcome of isolate_migratepages */
788 typedef enum {
789         ISOLATE_ABORT,          /* Abort compaction now */
790         ISOLATE_NONE,           /* No pages isolated, continue scanning */
791         ISOLATE_SUCCESS,        /* Pages isolated, migrate */
792 } isolate_migrate_t;
793
794 /*
795  * Isolate all pages that can be migrated from the block pointed to by
796  * the migrate scanner within compact_control.
797  */
798 static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct zone *zone,
799                                         struct compact_control *cc)
800 {
801         unsigned long low_pfn, end_pfn;
802
803         /* Do not scan outside zone boundaries */
804         low_pfn = max(cc->migrate_pfn, zone->zone_start_pfn);
805
806         /* Only scan within a pageblock boundary */
807         end_pfn = ALIGN(low_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
808
809         /* Do not cross the free scanner or scan within a memory hole */
810         if (end_pfn > cc->free_pfn || !pfn_valid(low_pfn)) {
811                 cc->migrate_pfn = end_pfn;
812                 return ISOLATE_NONE;
813         }
814
815         /* Perform the isolation */
816         low_pfn = isolate_migratepages_range(zone, cc, low_pfn, end_pfn, false);
817         if (!low_pfn || cc->contended)
818                 return ISOLATE_ABORT;
819
820         cc->migrate_pfn = low_pfn;
821
822         return ISOLATE_SUCCESS;
823 }
824
825 static int compact_finished(struct zone *zone,
826                             struct compact_control *cc)
827 {
828         unsigned int order;
829         unsigned long watermark;
830
831         if (fatal_signal_pending(current))
832                 return COMPACT_PARTIAL;
833
834         /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
835         if (cc->free_pfn <= cc->migrate_pfn) {
836                 /*
837                  * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
838                  * by kswapd when it goes to sleep. kswapd does not set the
839                  * flag itself as the decision to be clear should be directly
840                  * based on an allocation request.
841                  */
842                 if (!current_is_kswapd())
843                         zone->compact_blockskip_flush = true;
844
845                 return COMPACT_COMPLETE;
846         }
847
848         /*
849          * order == -1 is expected when compacting via
850          * /proc/sys/vm/compact_memory
851          */
852         if (cc->order == -1)
853                 return COMPACT_CONTINUE;
854
855         /* Compaction run is not finished if the watermark is not met */
856         watermark = low_wmark_pages(zone);
857         watermark += (1 << cc->order);
858
859         if (!zone_watermark_ok(zone, cc->order, watermark, 0, 0))
860                 return COMPACT_CONTINUE;
861
862         /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
863         for (order = cc->order; order < MAX_ORDER; order++) {
864                 struct free_area *area = &zone->free_area[order];
865
866                 /* Job done if page is free of the right migratetype */
867                 if (!list_empty(&area->free_list[cc->migratetype]))
868                         return COMPACT_PARTIAL;
869
870                 /* Job done if allocation would set block type */
871                 if (cc->order >= pageblock_order && area->nr_free)
872                         return COMPACT_PARTIAL;
873         }
874
875         return COMPACT_CONTINUE;
876 }
877
878 /*
879  * compaction_suitable: Is this suitable to run compaction on this zone now?
880  * Returns
881  *   COMPACT_SKIPPED  - If there are too few free pages for compaction
882  *   COMPACT_PARTIAL  - If the allocation would succeed without compaction
883  *   COMPACT_CONTINUE - If compaction should run now
884  */
885 unsigned long compaction_suitable(struct zone *zone, int order)
886 {
887         int fragindex;
888         unsigned long watermark;
889
890         /*
891          * order == -1 is expected when compacting via
892          * /proc/sys/vm/compact_memory
893          */
894         if (order == -1)
895                 return COMPACT_CONTINUE;
896
897         /*
898          * Watermarks for order-0 must be met for compaction. Note the 2UL.
899          * This is because during migration, copies of pages need to be
900          * allocated and for a short time, the footprint is higher
901          */
902         watermark = low_wmark_pages(zone) + (2UL << order);
903         if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
904                 return COMPACT_SKIPPED;
905
906         /*
907          * fragmentation index determines if allocation failures are due to
908          * low memory or external fragmentation
909          *
910          * index of -1000 implies allocations might succeed depending on
911          * watermarks
912          * index towards 0 implies failure is due to lack of memory
913          * index towards 1000 implies failure is due to fragmentation
914          *
915          * Only compact if a failure would be due to fragmentation.
916          */
917         fragindex = fragmentation_index(zone, order);
918         if (fragindex >= 0 && fragindex <= sysctl_extfrag_threshold)
919                 return COMPACT_SKIPPED;
920
921         if (fragindex == -1000 && zone_watermark_ok(zone, order, watermark,
922             0, 0))
923                 return COMPACT_PARTIAL;
924
925         return COMPACT_CONTINUE;
926 }
927
928 static int compact_zone(struct zone *zone, struct compact_control *cc)
929 {
930         int ret;
931         unsigned long start_pfn = zone->zone_start_pfn;
932         unsigned long end_pfn = zone_end_pfn(zone);
933
934         ret = compaction_suitable(zone, cc->order);
935         switch (ret) {
936         case COMPACT_PARTIAL:
937         case COMPACT_SKIPPED:
938                 /* Compaction is likely to fail */
939                 return ret;
940         case COMPACT_CONTINUE:
941                 /* Fall through to compaction */
942                 ;
943         }
944
945         /*
946          * Setup to move all movable pages to the end of the zone. Used cached
947          * information on where the scanners should start but check that it
948          * is initialised by ensuring the values are within zone boundaries.
949          */
950         cc->migrate_pfn = zone->compact_cached_migrate_pfn;
951         cc->free_pfn = zone->compact_cached_free_pfn;
952         if (cc->free_pfn < start_pfn || cc->free_pfn > end_pfn) {
953                 cc->free_pfn = end_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
954                 zone->compact_cached_free_pfn = cc->free_pfn;
955         }
956         if (cc->migrate_pfn < start_pfn || cc->migrate_pfn > end_pfn) {
957                 cc->migrate_pfn = start_pfn;
958                 zone->compact_cached_migrate_pfn = cc->migrate_pfn;
959         }
960
961         /*
962          * Clear pageblock skip if there were failures recently and compaction
963          * is about to be retried after being deferred. kswapd does not do
964          * this reset as it'll reset the cached information when going to sleep.
965          */
966         if (compaction_restarting(zone, cc->order) && !current_is_kswapd())
967                 __reset_isolation_suitable(zone);
968
969         migrate_prep_local();
970
971         while ((ret = compact_finished(zone, cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
972                 unsigned long nr_migrate, nr_remaining;
973                 int err;
974
975                 switch (isolate_migratepages(zone, cc)) {
976                 case ISOLATE_ABORT:
977                         ret = COMPACT_PARTIAL;
978                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
979                         cc->nr_migratepages = 0;
980                         goto out;
981                 case ISOLATE_NONE:
982                         continue;
983                 case ISOLATE_SUCCESS:
984                         ;
985                 }
986
987                 nr_migrate = cc->nr_migratepages;
988                 err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
989                                 (unsigned long)cc,
990                                 cc->sync ? MIGRATE_SYNC_LIGHT : MIGRATE_ASYNC,
991                                 MR_COMPACTION);
992                 update_nr_listpages(cc);
993                 nr_remaining = cc->nr_migratepages;
994
995                 trace_mm_compaction_migratepages(nr_migrate - nr_remaining,
996                                                 nr_remaining);
997
998                 /* Release isolated pages not migrated */
999                 if (err) {
1000                         putback_movable_pages(&cc->migratepages);
1001                         cc->nr_migratepages = 0;
1002                         if (err == -ENOMEM) {
1003                                 ret = COMPACT_PARTIAL;
1004                                 goto out;
1005                         }
1006                 }
1007         }
1008
1009 out:
1010         /* Release free pages and check accounting */
1011         cc->nr_freepages -= release_freepages(&cc->freepages);
1012         VM_BUG_ON(cc->nr_freepages != 0);
1013
1014         return ret;
1015 }
1016
1017 static unsigned long compact_zone_order(struct zone *zone,
1018                                  int order, gfp_t gfp_mask,
1019                                  bool sync, bool *contended)
1020 {
1021         unsigned long ret;
1022         struct compact_control cc = {
1023                 .nr_freepages = 0,
1024                 .nr_migratepages = 0,
1025                 .order = order,
1026                 .migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask),
1027                 .zone = zone,
1028                 .sync = sync,
1029         };
1030         INIT_LIST_HEAD(&cc.freepages);
1031         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
1032
1033         ret = compact_zone(zone, &cc);
1034
1035         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.freepages));
1036         VM_BUG_ON(!list_empty(&cc.migratepages));
1037
1038         *contended = cc.contended;
1039         return ret;
1040 }
1041
1042 int sysctl_extfrag_threshold = 500;
1043
1044 /**
1045  * try_to_compact_pages - Direct compact to satisfy a high-order allocation
1046  * @zonelist: The zonelist used for the current allocation
1047  * @order: The order of the current allocation
1048  * @gfp_mask: The GFP mask of the current allocation
1049  * @nodemask: The allowed nodes to allocate from
1050  * @sync: Whether migration is synchronous or not
1051  * @contended: Return value that is true if compaction was aborted due to lock contention
1052  * @page: Optionally capture a free page of the requested order during compaction
1053  *
1054  * This is the main entry point for direct page compaction.
1055  */
1056 unsigned long try_to_compact_pages(struct zonelist *zonelist,
1057                         int order, gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask,
1058                         bool sync, bool *contended)
1059 {
1060         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
1061         int may_enter_fs = gfp_mask & __GFP_FS;
1062         int may_perform_io = gfp_mask & __GFP_IO;
1063         struct zoneref *z;
1064         struct zone *zone;
1065         int rc = COMPACT_SKIPPED;
1066         int alloc_flags = 0;
1067
1068         /* Check if the GFP flags allow compaction */
1069         if (!order || !may_enter_fs || !may_perform_io)
1070                 return rc;
1071
1072         count_compact_event(COMPACTSTALL);
1073
1074 #ifdef CONFIG_CMA
1075         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
1076                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
1077 #endif
1078         /* Compact each zone in the list */
1079         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx,
1080                                                                 nodemask) {
1081                 int status;
1082
1083                 status = compact_zone_order(zone, order, gfp_mask, sync,
1084                                                 contended);
1085                 rc = max(status, rc);
1086
1087                 /* If a normal allocation would succeed, stop compacting */
1088                 if (zone_watermark_ok(zone, order, low_wmark_pages(zone), 0,
1089                                       alloc_flags))
1090                         break;
1091         }
1092
1093         return rc;
1094 }
1095
1096
1097 /* Compact all zones within a node */
1098 static void __compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, struct compact_control *cc)
1099 {
1100         int zoneid;
1101         struct zone *zone;
1102
1103         for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
1104
1105                 zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
1106                 if (!populated_zone(zone))
1107                         continue;
1108
1109                 cc->nr_freepages = 0;
1110                 cc->nr_migratepages = 0;
1111                 cc->zone = zone;
1112                 INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages);
1113                 INIT_LIST_HEAD(&cc->migratepages);
1114
1115                 if (cc->order == -1 || !compaction_deferred(zone, cc->order))
1116                         compact_zone(zone, cc);
1117
1118                 if (cc->order > 0) {
1119                         int ok = zone_watermark_ok(zone, cc->order,
1120                                                 low_wmark_pages(zone), 0, 0);
1121                         if (ok && cc->order >= zone->compact_order_failed)
1122                                 zone->compact_order_failed = cc->order + 1;
1123                         /* Currently async compaction is never deferred. */
1124                         else if (!ok && cc->sync)
1125                                 defer_compaction(zone, cc->order);
1126                 }
1127
1128                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->freepages));
1129                 VM_BUG_ON(!list_empty(&cc->migratepages));
1130         }
1131 }
1132
1133 void compact_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
1134 {
1135         struct compact_control cc = {
1136                 .order = order,
1137                 .sync = false,
1138         };
1139
1140         if (!order)
1141                 return;
1142
1143         __compact_pgdat(pgdat, &cc);
1144 }
1145
1146 static void compact_node(int nid)
1147 {
1148         struct compact_control cc = {
1149                 .order = -1,
1150                 .sync = true,
1151         };
1152
1153         __compact_pgdat(NODE_DATA(nid), &cc);
1154 }
1155
1156 /* Compact all nodes in the system */
1157 static void compact_nodes(void)
1158 {
1159         int nid;
1160
1161         /* Flush pending updates to the LRU lists */
1162         lru_add_drain_all();
1163
1164         for_each_online_node(nid)
1165                 compact_node(nid);
1166 }
1167
1168 /* The written value is actually unused, all memory is compacted */
1169 int sysctl_compact_memory;
1170
1171 /* This is the entry point for compacting all nodes via /proc/sys/vm */
1172 int sysctl_compaction_handler(struct ctl_table *table, int write,
1173                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1174 {
1175         if (write)
1176                 compact_nodes();
1177
1178         return 0;
1179 }
1180
1181 int sysctl_extfrag_handler(struct ctl_table *table, int write,
1182                         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
1183 {
1184         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
1185
1186         return 0;
1187 }
1188
1189 #if defined(CONFIG_SYSFS) && defined(CONFIG_NUMA)
1190 ssize_t sysfs_compact_node(struct device *dev,
1191                         struct device_attribute *attr,
1192                         const char *buf, size_t count)
1193 {
1194         int nid = dev->id;
1195
1196         if (nid >= 0 && nid < nr_node_ids && node_online(nid)) {
1197                 /* Flush pending updates to the LRU lists */
1198                 lru_add_drain_all();
1199
1200                 compact_node(nid);
1201         }
1202
1203         return count;
1204 }
1205 static DEVICE_ATTR(compact, S_IWUSR, NULL, sysfs_compact_node);
1206
1207 int compaction_register_node(struct node *node)
1208 {
1209         return device_create_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1210 }
1211
1212 void compaction_unregister_node(struct node *node)
1213 {
1214         return device_remove_file(&node->dev, &dev_attr_compact);
1215 }
1216 #endif /* CONFIG_SYSFS && CONFIG_NUMA */
1217
1218 #endif /* CONFIG_COMPACTION */