Quelle  compaction.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * linux/mm/compaction.c
 *
 * Memory compaction for the reduction of external fragmentation. Note that
 * this heavily depends upon page migration to do all the real heavy
 * lifting
 *
 * Copyright IBM Corp. 2007-2010 Mel Gorman <mel@csn.ul.ie>
 */
#include <linux/cpu.h>
#include <linux/swap.h>
#include <linux/migrate.h>
#include <linux/compaction.h>
#include <linux/mm_inline.h>
#include <linux/sched/signal.h>
#include <linux/backing-dev.h>
#include <linux/sysctl.h>
#include <linux/sysfs.h>
#include <linux/page-isolation.h>
#include <linux/kasan.h>
#include <linux/kthread.h>
#include <linux/freezer.h>
#include <linux/page_owner.h>
#include <linux/psi.h>
#include <linux/cpuset.h>
#include "internal.h"

#ifdef CONFIG_COMPACTION
/*
 * Fragmentation score check interval for proactive compaction purposes.
 */
#define HPAGE_FRAG_CHECK_INTERVAL_MSEC (500)

static inline void count_compact_event(enum vm_event_item item)
{
 count_vm_event(item);
}

static inline void count_compact_events(enum vm_event_item item, long delta)
{
 count_vm_events(item, delta);
}

/*
 * order == -1 is expected when compacting proactively via
 * 1. /proc/sys/vm/compact_memory
 * 2. /sys/devices/system/node/nodex/compact
 * 3. /proc/sys/vm/compaction_proactiveness
 */
static inline bool is_via_compact_memory(int order)
{
 return order == -1;
}

#else
#define count_compact_event(item) do { } while (0)
#define count_compact_events(item, delta) do { } while (0)
static inline bool is_via_compact_memory(int order) { return false; }
#endif

#if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA

#define CREATE_TRACE_POINTS
#include <trace/events/compaction.h>

#define block_start_pfn(pfn, order) round_down(pfn, 1UL << (order))
#define block_end_pfn(pfn, order) ALIGN((pfn) + 1, 1UL << (order))

/*
 * Page order with-respect-to which proactive compaction
 * calculates external fragmentation, which is used as
 * the "fragmentation score" of a node/zone.
 */
#if defined CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
#define COMPACTION_HPAGE_ORDER HPAGE_PMD_ORDER
#elif defined CONFIG_HUGETLBFS
#define COMPACTION_HPAGE_ORDER HUGETLB_PAGE_ORDER
#else
#define COMPACTION_HPAGE_ORDER (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT)
#endif

static struct page *mark_allocated_noprof(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags)
{
 post_alloc_hook(page, order, __GFP_MOVABLE);
 set_page_refcounted(page);
 return page;
}
#define mark_allocated(...) alloc_hooks(mark_allocated_noprof(__VA_ARGS__))

static unsigned long release_free_list(struct list_head *freepages)
{
 int order;
 unsigned long high_pfn = 0;

 for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
  struct page *page, *next;

  list_for_each_entry_safe(page, next, &freepages[order], lru) {
   unsigned long pfn = page_to_pfn(page);

   list_del(&page->lru);
   /*
 * Convert free pages into post allocation pages, so
 * that we can free them via __free_page.
 */
   mark_allocated(page, order, __GFP_MOVABLE);
   __free_pages(page, order);
   if (pfn > high_pfn)
    high_pfn = pfn;
  }
 }
 return high_pfn;
}

#ifdef CONFIG_COMPACTION

/* Do not skip compaction more than 64 times */
#define COMPACT_MAX_DEFER_SHIFT 6

/*
 * Compaction is deferred when compaction fails to result in a page
 * allocation success. 1 << compact_defer_shift, compactions are skipped up
 * to a limit of 1 << COMPACT_MAX_DEFER_SHIFT
 */
static void defer_compaction(struct zone *zone, int order)
{
 zone->compact_considered = 0;
 zone->compact_defer_shift++;

 if (order < zone->compact_order_failed)
  zone->compact_order_failed = order;

 if (zone->compact_defer_shift > COMPACT_MAX_DEFER_SHIFT)
  zone->compact_defer_shift = COMPACT_MAX_DEFER_SHIFT;

 trace_mm_compaction_defer_compaction(zone, order);
}

/* Returns true if compaction should be skipped this time */
static bool compaction_deferred(struct zone *zone, int order)
{
 unsigned long defer_limit = 1UL << zone->compact_defer_shift;

 if (order < zone->compact_order_failed)
  return false;

 /* Avoid possible overflow */
 if (++zone->compact_considered >= defer_limit) {
  zone->compact_considered = defer_limit;
  return false;
 }

 trace_mm_compaction_deferred(zone, order);

 return true;
}

/*
 * Update defer tracking counters after successful compaction of given order,
 * which means an allocation either succeeded (alloc_success == true) or is
 * expected to succeed.
 */
void compaction_defer_reset(struct zone *zone, int order,
  bool alloc_success)
{
 if (alloc_success) {
  zone->compact_considered = 0;
  zone->compact_defer_shift = 0;
 }
 if (order >= zone->compact_order_failed)
  zone->compact_order_failed = order + 1;

 trace_mm_compaction_defer_reset(zone, order);
}

/* Returns true if restarting compaction after many failures */
static bool compaction_restarting(struct zone *zone, int order)
{
 if (order < zone->compact_order_failed)
  return false;

 return zone->compact_defer_shift == COMPACT_MAX_DEFER_SHIFT &&
  zone->compact_considered >= 1UL << zone->compact_defer_shift;
}

/* Returns true if the pageblock should be scanned for pages to isolate. */
static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
     struct page *page)
{
 if (cc->ignore_skip_hint)
  return true;

 return !get_pageblock_skip(page);
}

static void reset_cached_positions(struct zone *zone)
{
 zone->compact_cached_migrate_pfn[0] = zone->zone_start_pfn;
 zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = zone->zone_start_pfn;
 zone->compact_cached_free_pfn =
    pageblock_start_pfn(zone_end_pfn(zone) - 1);
}

#ifdef CONFIG_SPARSEMEM
/*
 * If the PFN falls into an offline section, return the start PFN of the
 * next online section. If the PFN falls into an online section or if
 * there is no next online section, return 0.
 */
static unsigned long skip_offline_sections(unsigned long start_pfn)
{
 unsigned long start_nr = pfn_to_section_nr(start_pfn);

 if (online_section_nr(start_nr))
  return 0;

 while (++start_nr <= __highest_present_section_nr) {
  if (online_section_nr(start_nr))
   return section_nr_to_pfn(start_nr);
 }

 return 0;
}

/*
 * If the PFN falls into an offline section, return the end PFN of the
 * next online section in reverse. If the PFN falls into an online section
 * or if there is no next online section in reverse, return 0.
 */
static unsigned long skip_offline_sections_reverse(unsigned long start_pfn)
{
 unsigned long start_nr = pfn_to_section_nr(start_pfn);

 if (!start_nr || online_section_nr(start_nr))
  return 0;

 while (start_nr-- > 0) {
  if (online_section_nr(start_nr))
   return section_nr_to_pfn(start_nr) + PAGES_PER_SECTION;
 }

 return 0;
}
#else
static unsigned long skip_offline_sections(unsigned long start_pfn)
{
 return 0;
}

static unsigned long skip_offline_sections_reverse(unsigned long start_pfn)
{
 return 0;
}
#endif

/*
 * Compound pages of >= pageblock_order should consistently be skipped until
 * released. It is always pointless to compact pages of such order (if they are
 * migratable), and the pageblocks they occupy cannot contain any free pages.
 */
static bool pageblock_skip_persistent(struct page *page)
{
 if (!PageCompound(page))
  return false;

 page = compound_head(page);

 if (compound_order(page) >= pageblock_order)
  return true;

 return false;
}

static bool
__reset_isolation_pfn(struct zone *zone, unsigned long pfn, bool check_source,
       bool check_target)
{
 struct page *page = pfn_to_online_page(pfn);
 struct page *block_page;
 struct page *end_page;
 unsigned long block_pfn;

 if (!page)
  return false;
 if (zone != page_zone(page))
  return false;
 if (pageblock_skip_persistent(page))
  return false;

 /*
 * If skip is already cleared do no further checking once the
 * restart points have been set.
 */
 if (check_source && check_target && !get_pageblock_skip(page))
  return true;

 /*
 * If clearing skip for the target scanner, do not select a
 * non-movable pageblock as the starting point.
 */
 if (!check_source && check_target &&
     get_pageblock_migratetype(page) != MIGRATE_MOVABLE)
  return false;

 /* Ensure the start of the pageblock or zone is online and valid */
 block_pfn = pageblock_start_pfn(pfn);
 block_pfn = max(block_pfn, zone->zone_start_pfn);
 block_page = pfn_to_online_page(block_pfn);
 if (block_page) {
  page = block_page;
  pfn = block_pfn;
 }

 /* Ensure the end of the pageblock or zone is online and valid */
 block_pfn = pageblock_end_pfn(pfn) - 1;
 block_pfn = min(block_pfn, zone_end_pfn(zone) - 1);
 end_page = pfn_to_online_page(block_pfn);
 if (!end_page)
  return false;

 /*
 * Only clear the hint if a sample indicates there is either a
 * free page or an LRU page in the block. One or other condition
 * is necessary for the block to be a migration source/target.
 */
 do {
  if (check_source && PageLRU(page)) {
   clear_pageblock_skip(page);
   return true;
  }

  if (check_target && PageBuddy(page)) {
   clear_pageblock_skip(page);
   return true;
  }

  page += (1 << PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
 } while (page <= end_page);

 return false;
}

/*
 * This function is called to clear all cached information on pageblocks that
 * should be skipped for page isolation when the migrate and free page scanner
 * meet.
 */
static void __reset_isolation_suitable(struct zone *zone)
{
 unsigned long migrate_pfn = zone->zone_start_pfn;
 unsigned long free_pfn = zone_end_pfn(zone) - 1;
 unsigned long reset_migrate = free_pfn;
 unsigned long reset_free = migrate_pfn;
 bool source_set = false;
 bool free_set = false;

 /* Only flush if a full compaction finished recently */
 if (!zone->compact_blockskip_flush)
  return;

 zone->compact_blockskip_flush = false;

 /*
 * Walk the zone and update pageblock skip information. Source looks
 * for PageLRU while target looks for PageBuddy. When the scanner
 * is found, both PageBuddy and PageLRU are checked as the pageblock
 * is suitable as both source and target.
 */
 for (; migrate_pfn < free_pfn; migrate_pfn += pageblock_nr_pages,
     free_pfn -= pageblock_nr_pages) {
  cond_resched();

  /* Update the migrate PFN */
  if (__reset_isolation_pfn(zone, migrate_pfn, true, source_set) &&
      migrate_pfn < reset_migrate) {
   source_set = true;
   reset_migrate = migrate_pfn;
   zone->compact_init_migrate_pfn = reset_migrate;
   zone->compact_cached_migrate_pfn[0] = reset_migrate;
   zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = reset_migrate;
  }

  /* Update the free PFN */
  if (__reset_isolation_pfn(zone, free_pfn, free_set, true) &&
      free_pfn > reset_free) {
   free_set = true;
   reset_free = free_pfn;
   zone->compact_init_free_pfn = reset_free;
   zone->compact_cached_free_pfn = reset_free;
  }
 }

 /* Leave no distance if no suitable block was reset */
 if (reset_migrate >= reset_free) {
  zone->compact_cached_migrate_pfn[0] = migrate_pfn;
  zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = migrate_pfn;
  zone->compact_cached_free_pfn = free_pfn;
 }
}

void reset_isolation_suitable(pg_data_t *pgdat)
{
 int zoneid;

 for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
  struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
  if (!populated_zone(zone))
   continue;

  __reset_isolation_suitable(zone);
 }
}

/*
 * Sets the pageblock skip bit if it was clear. Note that this is a hint as
 * locks are not required for read/writers. Returns true if it was already set.
 */
static bool test_and_set_skip(struct compact_control *cc, struct page *page)
{
 bool skip;

 /* Do not update if skip hint is being ignored */
 if (cc->ignore_skip_hint)
  return false;

 skip = get_pageblock_skip(page);
 if (!skip && !cc->no_set_skip_hint)
  set_pageblock_skip(page);

 return skip;
}

static void update_cached_migrate(struct compact_control *cc, unsigned long pfn)
{
 struct zone *zone = cc->zone;

 /* Set for isolation rather than compaction */
 if (cc->no_set_skip_hint)
  return;

 pfn = pageblock_end_pfn(pfn);

 /* Update where async and sync compaction should restart */
 if (pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn[0])
  zone->compact_cached_migrate_pfn[0] = pfn;
 if (cc->mode != MIGRATE_ASYNC &&
     pfn > zone->compact_cached_migrate_pfn[1])
  zone->compact_cached_migrate_pfn[1] = pfn;
}

/*
 * If no pages were isolated then mark this pageblock to be skipped in the
 * future. The information is later cleared by __reset_isolation_suitable().
 */
static void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
   struct page *page, unsigned long pfn)
{
 struct zone *zone = cc->zone;

 if (cc->no_set_skip_hint)
  return;

 set_pageblock_skip(page);

 if (pfn < zone->compact_cached_free_pfn)
  zone->compact_cached_free_pfn = pfn;
}
#else
static inline bool isolation_suitable(struct compact_control *cc,
     struct page *page)
{
 return true;
}

static inline bool pageblock_skip_persistent(struct page *page)
{
 return false;
}

static inline void update_pageblock_skip(struct compact_control *cc,
   struct page *page, unsigned long pfn)
{
}

static void update_cached_migrate(struct compact_control *cc, unsigned long pfn)
{
}

static bool test_and_set_skip(struct compact_control *cc, struct page *page)
{
 return false;
}
#endif /* CONFIG_COMPACTION */

/*
 * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
 * very heavily contended. For async compaction, trylock and record if the
 * lock is contended. The lock will still be acquired but compaction will
 * abort when the current block is finished regardless of success rate.
 * Sync compaction acquires the lock.
 *
 * Always returns true which makes it easier to track lock state in callers.
 */
static bool compact_lock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long *flags,
      struct compact_control *cc)
 __acquires(lock)
{
 /* Track if the lock is contended in async mode */
 if (cc->mode == MIGRATE_ASYNC && !cc->contended) {
  if (spin_trylock_irqsave(lock, *flags))
   return true;

  cc->contended = true;
 }

 spin_lock_irqsave(lock, *flags);
 return true;
}

/*
 * Compaction requires the taking of some coarse locks that are potentially
 * very heavily contended. The lock should be periodically unlocked to avoid
 * having disabled IRQs for a long time, even when there is nobody waiting on
 * the lock. It might also be that allowing the IRQs will result in
 * need_resched() becoming true. If scheduling is needed, compaction schedules.
 * Either compaction type will also abort if a fatal signal is pending.
 * In either case if the lock was locked, it is dropped and not regained.
 *
 * Returns true if compaction should abort due to fatal signal pending.
 * Returns false when compaction can continue.
 */
static bool compact_unlock_should_abort(spinlock_t *lock,
  unsigned long flags, bool *locked, struct compact_control *cc)
{
 if (*locked) {
  spin_unlock_irqrestore(lock, flags);
  *locked = false;
 }

 if (fatal_signal_pending(current)) {
  cc->contended = true;
  return true;
 }

 cond_resched();

 return false;
}

/*
 * Isolate free pages onto a private freelist. If @strict is true, will abort
 * returning 0 on any invalid PFNs or non-free pages inside of the pageblock
 * (even though it may still end up isolating some pages).
 */
static unsigned long isolate_freepages_block(struct compact_control *cc,
    unsigned long *start_pfn,
    unsigned long end_pfn,
    struct list_head *freelist,
    unsigned int stride,
    bool strict)
{
 int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
 struct page *page;
 unsigned long flags = 0;
 bool locked = false;
 unsigned long blockpfn = *start_pfn;
 unsigned int order;

 /* Strict mode is for isolation, speed is secondary */
 if (strict)
  stride = 1;

 page = pfn_to_page(blockpfn);

 /* Isolate free pages. */
 for (; blockpfn < end_pfn; blockpfn += stride, page += stride) {
  int isolated;

  /*
 * Periodically drop the lock (if held) regardless of its
 * contention, to give chance to IRQs. Abort if fatal signal
 * pending.
 */
  if (!(blockpfn % COMPACT_CLUSTER_MAX)
      && compact_unlock_should_abort(&cc->zone->lock, flags,
        &locked, cc))
   break;

  nr_scanned++;

  /*
 * For compound pages such as THP and hugetlbfs, we can save
 * potentially a lot of iterations if we skip them at once.
 * The check is racy, but we can consider only valid values
 * and the only danger is skipping too much.
 */
  if (PageCompound(page)) {
   const unsigned int order = compound_order(page);

   if ((order <= MAX_PAGE_ORDER) &&
       (blockpfn + (1UL << order) <= end_pfn)) {
    blockpfn += (1UL << order) - 1;
    page += (1UL << order) - 1;
    nr_scanned += (1UL << order) - 1;
   }

   goto isolate_fail;
  }

  if (!PageBuddy(page))
   goto isolate_fail;

  /* If we already hold the lock, we can skip some rechecking. */
  if (!locked) {
   locked = compact_lock_irqsave(&cc->zone->lock,
        &flags, cc);

   /* Recheck this is a buddy page under lock */
   if (!PageBuddy(page))
    goto isolate_fail;
  }

  /* Found a free page, will break it into order-0 pages */
  order = buddy_order(page);
  isolated = __isolate_free_page(page, order);
  if (!isolated)
   break;
  set_page_private(page, order);

  nr_scanned += isolated - 1;
  total_isolated += isolated;
  cc->nr_freepages += isolated;
  list_add_tail(&page->lru, &freelist[order]);

  if (!strict && cc->nr_migratepages <= cc->nr_freepages) {
   blockpfn += isolated;
   break;
  }
  /* Advance to the end of split page */
  blockpfn += isolated - 1;
  page += isolated - 1;
  continue;

isolate_fail:
  if (strict)
   break;

 }

 if (locked)
  spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);

 /*
 * Be careful to not go outside of the pageblock.
 */
 if (unlikely(blockpfn > end_pfn))
  blockpfn = end_pfn;

 trace_mm_compaction_isolate_freepages(*start_pfn, blockpfn,
     nr_scanned, total_isolated);

 /* Record how far we have got within the block */
 *start_pfn = blockpfn;

 /*
 * If strict isolation is requested by CMA then check that all the
 * pages requested were isolated. If there were any failures, 0 is
 * returned and CMA will fail.
 */
 if (strict && blockpfn < end_pfn)
  total_isolated = 0;

 cc->total_free_scanned += nr_scanned;
 if (total_isolated)
  count_compact_events(COMPACTISOLATED, total_isolated);
 return total_isolated;
}

/**
 * isolate_freepages_range() - isolate free pages.
 * @cc:        Compaction control structure.
 * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 *
 * Non-free pages, invalid PFNs, or zone boundaries within the
 * [start_pfn, end_pfn) range are considered errors, cause function to
 * undo its actions and return zero. cc->freepages[] are empty.
 *
 * Otherwise, function returns one-past-the-last PFN of isolated page
 * (which may be greater then end_pfn if end fell in a middle of
 * a free page). cc->freepages[] contain free pages isolated.
 */
unsigned long
isolate_freepages_range(struct compact_control *cc,
   unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
{
 unsigned long isolated, pfn, block_start_pfn, block_end_pfn;
 int order;

 for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++)
  INIT_LIST_HEAD(&cc->freepages[order]);

 pfn = start_pfn;
 block_start_pfn = pageblock_start_pfn(pfn);
 if (block_start_pfn < cc->zone->zone_start_pfn)
  block_start_pfn = cc->zone->zone_start_pfn;
 block_end_pfn = pageblock_end_pfn(pfn);

 for (; pfn < end_pfn; pfn += isolated,
    block_start_pfn = block_end_pfn,
    block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
  /* Protect pfn from changing by isolate_freepages_block */
  unsigned long isolate_start_pfn = pfn;

  /*
 * pfn could pass the block_end_pfn if isolated freepage
 * is more than pageblock order. In this case, we adjust
 * scanning range to right one.
 */
  if (pfn >= block_end_pfn) {
   block_start_pfn = pageblock_start_pfn(pfn);
   block_end_pfn = pageblock_end_pfn(pfn);
  }

  block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);

  if (!pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
     block_end_pfn, cc->zone))
   break;

  isolated = isolate_freepages_block(cc, &isolate_start_pfn,
     block_end_pfn, cc->freepages, 0, true);

  /*
 * In strict mode, isolate_freepages_block() returns 0 if
 * there are any holes in the block (ie. invalid PFNs or
 * non-free pages).
 */
  if (!isolated)
   break;

  /*
 * If we managed to isolate pages, it is always (1 << n) *
 * pageblock_nr_pages for some non-negative n.  (Max order
 * page may span two pageblocks).
 */
 }

 if (pfn < end_pfn) {
  /* Loop terminated early, cleanup. */
  release_free_list(cc->freepages);
  return 0;
 }

 /* We don't use freelists for anything. */
 return pfn;
}

/* Similar to reclaim, but different enough that they don't share logic */
static bool too_many_isolated(struct compact_control *cc)
{
 pg_data_t *pgdat = cc->zone->zone_pgdat;
 bool too_many;

 unsigned long active, inactive, isolated;

 inactive = node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE) +
   node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON);
 active = node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE) +
   node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON);
 isolated = node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE) +
   node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON);

 /*
 * Allow GFP_NOFS to isolate past the limit set for regular
 * compaction runs. This prevents an ABBA deadlock when other
 * compactors have already isolated to the limit, but are
 * blocked on filesystem locks held by the GFP_NOFS thread.
 */
 if (cc->gfp_mask & __GFP_FS) {
  inactive >>= 3;
  active >>= 3;
 }

 too_many = isolated > (inactive + active) / 2;
 if (!too_many)
  wake_throttle_isolated(pgdat);

 return too_many;
}

/**
 * skip_isolation_on_order() - determine when to skip folio isolation based on
 *        folio order and compaction target order
 * @order: to-be-isolated folio order
 * @target_order: compaction target order
 *
 * This avoids unnecessary folio isolations during compaction.
 */
static bool skip_isolation_on_order(int order, int target_order)
{
 /*
 * Unless we are performing global compaction (i.e.,
 * is_via_compact_memory), skip any folios that are larger than the
 * target order: we wouldn't be here if we'd have a free folio with
 * the desired target_order, so migrating this folio would likely fail
 * later.
 */
 if (!is_via_compact_memory(target_order) && order >= target_order)
  return true;
 /*
 * We limit memory compaction to pageblocks and won't try
 * creating free blocks of memory that are larger than that.
 */
 return order >= pageblock_order;
}

/**
 * isolate_migratepages_block() - isolate all migrate-able pages within
 *   a single pageblock
 * @cc: Compaction control structure.
 * @low_pfn: The first PFN to isolate
 * @end_pfn: The one-past-the-last PFN to isolate, within same pageblock
 * @mode: Isolation mode to be used.
 *
 * Isolate all pages that can be migrated from the range specified by
 * [low_pfn, end_pfn). The range is expected to be within same pageblock.
 * Returns errno, like -EAGAIN or -EINTR in case e.g signal pending or congestion,
 * -ENOMEM in case we could not allocate a page, or 0.
 * cc->migrate_pfn will contain the next pfn to scan.
 *
 * The pages are isolated on cc->migratepages list (not required to be empty),
 * and cc->nr_migratepages is updated accordingly.
 */
static int
isolate_migratepages_block(struct compact_control *cc, unsigned long low_pfn,
   unsigned long end_pfn, isolate_mode_t mode)
{
 pg_data_t *pgdat = cc->zone->zone_pgdat;
 unsigned long nr_scanned = 0, nr_isolated = 0;
 struct lruvec *lruvec;
 unsigned long flags = 0;
 struct lruvec *locked = NULL;
 struct folio *folio = NULL;
 struct page *page = NULL, *valid_page = NULL;
 struct address_space *mapping;
 unsigned long start_pfn = low_pfn;
 bool skip_on_failure = false;
 unsigned long next_skip_pfn = 0;
 bool skip_updated = false;
 int ret = 0;

 cc->migrate_pfn = low_pfn;

 /*
 * Ensure that there are not too many pages isolated from the LRU
 * list by either parallel reclaimers or compaction. If there are,
 * delay for some time until fewer pages are isolated
 */
 while (unlikely(too_many_isolated(cc))) {
  /* stop isolation if there are still pages not migrated */
  if (cc->nr_migratepages)
   return -EAGAIN;

  /* async migration should just abort */
  if (cc->mode == MIGRATE_ASYNC)
   return -EAGAIN;

  reclaim_throttle(pgdat, VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED);

  if (fatal_signal_pending(current))
   return -EINTR;
 }

 cond_resched();

 if (cc->direct_compaction && (cc->mode == MIGRATE_ASYNC)) {
  skip_on_failure = true;
  next_skip_pfn = block_end_pfn(low_pfn, cc->order);
 }

 /* Time to isolate some pages for migration */
 for (; low_pfn < end_pfn; low_pfn++) {
  bool is_dirty, is_unevictable;

  if (skip_on_failure && low_pfn >= next_skip_pfn) {
   /*
 * We have isolated all migration candidates in the
 * previous order-aligned block, and did not skip it due
 * to failure. We should migrate the pages now and
 * hopefully succeed compaction.
 */
   if (nr_isolated)
    break;

   /*
 * We failed to isolate in the previous order-aligned
 * block. Set the new boundary to the end of the
 * current block. Note we can't simply increase
 * next_skip_pfn by 1 << order, as low_pfn might have
 * been incremented by a higher number due to skipping
 * a compound or a high-order buddy page in the
 * previous loop iteration.
 */
   next_skip_pfn = block_end_pfn(low_pfn, cc->order);
  }

  /*
 * Periodically drop the lock (if held) regardless of its
 * contention, to give chance to IRQs. Abort completely if
 * a fatal signal is pending.
 */
  if (!(low_pfn % COMPACT_CLUSTER_MAX)) {
   if (locked) {
    unlock_page_lruvec_irqrestore(locked, flags);
    locked = NULL;
   }

   if (fatal_signal_pending(current)) {
    cc->contended = true;
    ret = -EINTR;

    goto fatal_pending;
   }

   cond_resched();
  }

  nr_scanned++;

  page = pfn_to_page(low_pfn);

  /*
 * Check if the pageblock has already been marked skipped.
 * Only the first PFN is checked as the caller isolates
 * COMPACT_CLUSTER_MAX at a time so the second call must
 * not falsely conclude that the block should be skipped.
 */
  if (!valid_page && (pageblock_aligned(low_pfn) ||
        low_pfn == cc->zone->zone_start_pfn)) {
   if (!isolation_suitable(cc, page)) {
    low_pfn = end_pfn;
    folio = NULL;
    goto isolate_abort;
   }
   valid_page = page;
  }

  if (PageHuge(page)) {
   const unsigned int order = compound_order(page);
   /*
 * skip hugetlbfs if we are not compacting for pages
 * bigger than its order. THPs and other compound pages
 * are handled below.
 */
   if (!cc->alloc_contig) {

    if (order <= MAX_PAGE_ORDER) {
     low_pfn += (1UL << order) - 1;
     nr_scanned += (1UL << order) - 1;
    }
    goto isolate_fail;
   }
   /* for alloc_contig case */
   if (locked) {
    unlock_page_lruvec_irqrestore(locked, flags);
    locked = NULL;
   }

   folio = page_folio(page);
   ret = isolate_or_dissolve_huge_folio(folio, &cc->migratepages);

   /*
 * Fail isolation in case isolate_or_dissolve_huge_folio()
 * reports an error. In case of -ENOMEM, abort right away.
 */
   if (ret < 0) {
     /* Do not report -EBUSY down the chain */
    if (ret == -EBUSY)
     ret = 0;
    low_pfn += (1UL << order) - 1;
    nr_scanned += (1UL << order) - 1;
    goto isolate_fail;
   }

   if (folio_test_hugetlb(folio)) {
    /*
 * Hugepage was successfully isolated and placed
 * on the cc->migratepages list.
 */
    low_pfn += folio_nr_pages(folio) - 1;
    goto isolate_success_no_list;
   }

   /*
 * Ok, the hugepage was dissolved. Now these pages are
 * Buddy and cannot be re-allocated because they are
 * isolated. Fall-through as the check below handles
 * Buddy pages.
 */
  }

  /*
 * Skip if free. We read page order here without zone lock
 * which is generally unsafe, but the race window is small and
 * the worst thing that can happen is that we skip some
 * potential isolation targets.
 */
  if (PageBuddy(page)) {
   unsigned long freepage_order = buddy_order_unsafe(page);

   /*
 * Without lock, we cannot be sure that what we got is
 * a valid page order. Consider only values in the
 * valid order range to prevent low_pfn overflow.
 */
   if (freepage_order > 0 && freepage_order <= MAX_PAGE_ORDER) {
    low_pfn += (1UL << freepage_order) - 1;
    nr_scanned += (1UL << freepage_order) - 1;
   }
   continue;
  }

  /*
 * Regardless of being on LRU, compound pages such as THP
 * (hugetlbfs is handled above) are not to be compacted unless
 * we are attempting an allocation larger than the compound
 * page size. We can potentially save a lot of iterations if we
 * skip them at once. The check is racy, but we can consider
 * only valid values and the only danger is skipping too much.
 */
  if (PageCompound(page) && !cc->alloc_contig) {
   const unsigned int order = compound_order(page);

   /* Skip based on page order and compaction target order. */
   if (skip_isolation_on_order(order, cc->order)) {
    if (order <= MAX_PAGE_ORDER) {
     low_pfn += (1UL << order) - 1;
     nr_scanned += (1UL << order) - 1;
    }
    goto isolate_fail;
   }
  }

  /*
 * Check may be lockless but that's ok as we recheck later.
 * It's possible to migrate LRU and non-lru movable pages.
 * Skip any other type of page
 */
  if (!PageLRU(page)) {
   /* Isolation code will deal with any races. */
   if (unlikely(page_has_movable_ops(page)) &&
       !PageMovableOpsIsolated(page)) {
    if (locked) {
     unlock_page_lruvec_irqrestore(locked, flags);
     locked = NULL;
    }

    if (isolate_movable_ops_page(page, mode)) {
     folio = page_folio(page);
     goto isolate_success;
    }
   }

   goto isolate_fail;
  }

  /*
 * Be careful not to clear PageLRU until after we're
 * sure the page is not being freed elsewhere -- the
 * page release code relies on it.
 */
  folio = folio_get_nontail_page(page);
  if (unlikely(!folio))
   goto isolate_fail;

  /*
 * Migration will fail if an anonymous page is pinned in memory,
 * so avoid taking lru_lock and isolating it unnecessarily in an
 * admittedly racy check.
 */
  mapping = folio_mapping(folio);
  if (!mapping && (folio_ref_count(folio) - 1) > folio_mapcount(folio))
   goto isolate_fail_put;

  /*
 * Only allow to migrate anonymous pages in GFP_NOFS context
 * because those do not depend on fs locks.
 */
  if (!(cc->gfp_mask & __GFP_FS) && mapping)
   goto isolate_fail_put;

  /* Only take pages on LRU: a check now makes later tests safe */
  if (!folio_test_lru(folio))
   goto isolate_fail_put;

  is_unevictable = folio_test_unevictable(folio);

  /* Compaction might skip unevictable pages but CMA takes them */
  if (!(mode & ISOLATE_UNEVICTABLE) && is_unevictable)
   goto isolate_fail_put;

  /*
 * To minimise LRU disruption, the caller can indicate with
 * ISOLATE_ASYNC_MIGRATE that it only wants to isolate pages
 * it will be able to migrate without blocking - clean pages
 * for the most part.  PageWriteback would require blocking.
 */
  if ((mode & ISOLATE_ASYNC_MIGRATE) && folio_test_writeback(folio))
   goto isolate_fail_put;

  is_dirty = folio_test_dirty(folio);

  if (((mode & ISOLATE_ASYNC_MIGRATE) && is_dirty) ||
      (mapping && is_unevictable)) {
   bool migrate_dirty = true;
   bool is_inaccessible;

   /*
 * Only folios without mappings or that have
 * a ->migrate_folio callback are possible to migrate
 * without blocking.
 *
 * Folios from inaccessible mappings are not migratable.
 *
 * However, we can be racing with truncation, which can
 * free the mapping that we need to check. Truncation
 * holds the folio lock until after the folio is removed
 * from the page so holding it ourselves is sufficient.
 *
 * To avoid locking the folio just to check inaccessible,
 * assume every inaccessible folio is also unevictable,
 * which is a cheaper test.  If our assumption goes
 * wrong, it's not a correctness bug, just potentially
 * wasted cycles.
 */
   if (!folio_trylock(folio))
    goto isolate_fail_put;

   mapping = folio_mapping(folio);
   if ((mode & ISOLATE_ASYNC_MIGRATE) && is_dirty) {
    migrate_dirty = !mapping ||
      mapping->a_ops->migrate_folio;
   }
   is_inaccessible = mapping && mapping_inaccessible(mapping);
   folio_unlock(folio);
   if (!migrate_dirty || is_inaccessible)
    goto isolate_fail_put;
  }

  /* Try isolate the folio */
  if (!folio_test_clear_lru(folio))
   goto isolate_fail_put;

  lruvec = folio_lruvec(folio);

  /* If we already hold the lock, we can skip some rechecking */
  if (lruvec != locked) {
   if (locked)
    unlock_page_lruvec_irqrestore(locked, flags);

   compact_lock_irqsave(&lruvec->lru_lock, &flags, cc);
   locked = lruvec;

   lruvec_memcg_debug(lruvec, folio);

   /*
 * Try get exclusive access under lock. If marked for
 * skip, the scan is aborted unless the current context
 * is a rescan to reach the end of the pageblock.
 */
   if (!skip_updated && valid_page) {
    skip_updated = true;
    if (test_and_set_skip(cc, valid_page) &&
        !cc->finish_pageblock) {
     low_pfn = end_pfn;
     goto isolate_abort;
    }
   }

   /*
 * Check LRU folio order under the lock
 */
   if (unlikely(skip_isolation_on_order(folio_order(folio),
            cc->order) &&
         !cc->alloc_contig)) {
    low_pfn += folio_nr_pages(folio) - 1;
    nr_scanned += folio_nr_pages(folio) - 1;
    folio_set_lru(folio);
    goto isolate_fail_put;
   }
  }

  /* The folio is taken off the LRU */
  if (folio_test_large(folio))
   low_pfn += folio_nr_pages(folio) - 1;

  /* Successfully isolated */
  lruvec_del_folio(lruvec, folio);
  node_stat_mod_folio(folio,
    NR_ISOLATED_ANON + folio_is_file_lru(folio),
    folio_nr_pages(folio));

isolate_success:
  list_add(&folio->lru, &cc->migratepages);
isolate_success_no_list:
  cc->nr_migratepages += folio_nr_pages(folio);
  nr_isolated += folio_nr_pages(folio);
  nr_scanned += folio_nr_pages(folio) - 1;

  /*
 * Avoid isolating too much unless this block is being
 * fully scanned (e.g. dirty/writeback pages, parallel allocation)
 * or a lock is contended. For contention, isolate quickly to
 * potentially remove one source of contention.
 */
  if (cc->nr_migratepages >= COMPACT_CLUSTER_MAX &&
      !cc->finish_pageblock && !cc->contended) {
   ++low_pfn;
   break;
  }

  continue;

isolate_fail_put:
  /* Avoid potential deadlock in freeing page under lru_lock */
  if (locked) {
   unlock_page_lruvec_irqrestore(locked, flags);
   locked = NULL;
  }
  folio_put(folio);

isolate_fail:
  if (!skip_on_failure && ret != -ENOMEM)
   continue;

  /*
 * We have isolated some pages, but then failed. Release them
 * instead of migrating, as we cannot form the cc->order buddy
 * page anyway.
 */
  if (nr_isolated) {
   if (locked) {
    unlock_page_lruvec_irqrestore(locked, flags);
    locked = NULL;
   }
   putback_movable_pages(&cc->migratepages);
   cc->nr_migratepages = 0;
   nr_isolated = 0;
  }

  if (low_pfn < next_skip_pfn) {
   low_pfn = next_skip_pfn - 1;
   /*
 * The check near the loop beginning would have updated
 * next_skip_pfn too, but this is a bit simpler.
 */
   next_skip_pfn += 1UL << cc->order;
  }

  if (ret == -ENOMEM)
   break;
 }

 /*
 * The PageBuddy() check could have potentially brought us outside
 * the range to be scanned.
 */
 if (unlikely(low_pfn > end_pfn))
  low_pfn = end_pfn;

 folio = NULL;

isolate_abort:
 if (locked)
  unlock_page_lruvec_irqrestore(locked, flags);
 if (folio) {
  folio_set_lru(folio);
  folio_put(folio);
 }

 /*
 * Update the cached scanner pfn once the pageblock has been scanned.
 * Pages will either be migrated in which case there is no point
 * scanning in the near future or migration failed in which case the
 * failure reason may persist. The block is marked for skipping if
 * there were no pages isolated in the block or if the block is
 * rescanned twice in a row.
 */
 if (low_pfn == end_pfn && (!nr_isolated || cc->finish_pageblock)) {
  if (!cc->no_set_skip_hint && valid_page && !skip_updated)
   set_pageblock_skip(valid_page);
  update_cached_migrate(cc, low_pfn);
 }

 trace_mm_compaction_isolate_migratepages(start_pfn, low_pfn,
      nr_scanned, nr_isolated);

fatal_pending:
 cc->total_migrate_scanned += nr_scanned;
 if (nr_isolated)
  count_compact_events(COMPACTISOLATED, nr_isolated);

 cc->migrate_pfn = low_pfn;

 return ret;
}

/**
 * isolate_migratepages_range() - isolate migrate-able pages in a PFN range
 * @cc:        Compaction control structure.
 * @start_pfn: The first PFN to start isolating.
 * @end_pfn:   The one-past-last PFN.
 *
 * Returns -EAGAIN when contented, -EINTR in case of a signal pending, -ENOMEM
 * in case we could not allocate a page, or 0.
 */
int
isolate_migratepages_range(struct compact_control *cc, unsigned long start_pfn,
       unsigned long end_pfn)
{
 unsigned long pfn, block_start_pfn, block_end_pfn;
 int ret = 0;

 /* Scan block by block. First and last block may be incomplete */
 pfn = start_pfn;
 block_start_pfn = pageblock_start_pfn(pfn);
 if (block_start_pfn < cc->zone->zone_start_pfn)
  block_start_pfn = cc->zone->zone_start_pfn;
 block_end_pfn = pageblock_end_pfn(pfn);

 for (; pfn < end_pfn; pfn = block_end_pfn,
    block_start_pfn = block_end_pfn,
    block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {

  block_end_pfn = min(block_end_pfn, end_pfn);

  if (!pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
     block_end_pfn, cc->zone))
   continue;

  ret = isolate_migratepages_block(cc, pfn, block_end_pfn,
       ISOLATE_UNEVICTABLE);

  if (ret)
   break;

  if (cc->nr_migratepages >= COMPACT_CLUSTER_MAX)
   break;
 }

 return ret;
}

#endif /* CONFIG_COMPACTION || CONFIG_CMA */
#ifdef CONFIG_COMPACTION

static bool suitable_migration_source(struct compact_control *cc,
       struct page *page)
{
 int block_mt;

 if (pageblock_skip_persistent(page))
  return false;

 if ((cc->mode != MIGRATE_ASYNC) || !cc->direct_compaction)
  return true;

 block_mt = get_pageblock_migratetype(page);

 if (cc->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
  return is_migrate_movable(block_mt);
 else
  return block_mt == cc->migratetype;
}

/* Returns true if the page is within a block suitable for migration to */
static bool suitable_migration_target(struct compact_control *cc,
       struct page *page)
{
 /* If the page is a large free page, then disallow migration */
 if (PageBuddy(page)) {
  int order = cc->order > 0 ? cc->order : pageblock_order;

  /*
 * We are checking page_order without zone->lock taken. But
 * the only small danger is that we skip a potentially suitable
 * pageblock, so it's not worth to check order for valid range.
 */
  if (buddy_order_unsafe(page) >= order)
   return false;
 }

 if (cc->ignore_block_suitable)
  return true;

 /* If the block is MIGRATE_MOVABLE or MIGRATE_CMA, allow migration */
 if (is_migrate_movable(get_pageblock_migratetype(page)))
  return true;

 /* Otherwise skip the block */
 return false;
}

static inline unsigned int
freelist_scan_limit(struct compact_control *cc)
{
 unsigned short shift = BITS_PER_LONG - 1;

 return (COMPACT_CLUSTER_MAX >> min(shift, cc->fast_search_fail)) + 1;
}

/*
 * Test whether the free scanner has reached the same or lower pageblock than
 * the migration scanner, and compaction should thus terminate.
 */
static inline bool compact_scanners_met(struct compact_control *cc)
{
 return (cc->free_pfn >> pageblock_order)
  <= (cc->migrate_pfn >> pageblock_order);
}

/*
 * Used when scanning for a suitable migration target which scans freelists
 * in reverse. Reorders the list such as the unscanned pages are scanned
 * first on the next iteration of the free scanner
 */
static void
move_freelist_head(struct list_head *freelist, struct page *freepage)
{
 LIST_HEAD(sublist);

 if (!list_is_first(&freepage->buddy_list, freelist)) {
  list_cut_before(&sublist, freelist, &freepage->buddy_list);
  list_splice_tail(&sublist, freelist);
 }
}

/*
 * Similar to move_freelist_head except used by the migration scanner
 * when scanning forward. It's possible for these list operations to
 * move against each other if they search the free list exactly in
 * lockstep.
 */
static void
move_freelist_tail(struct list_head *freelist, struct page *freepage)
{
 LIST_HEAD(sublist);

 if (!list_is_last(&freepage->buddy_list, freelist)) {
  list_cut_position(&sublist, freelist, &freepage->buddy_list);
  list_splice_tail(&sublist, freelist);
 }
}

static void
fast_isolate_around(struct compact_control *cc, unsigned long pfn)
{
 unsigned long start_pfn, end_pfn;
 struct page *page;

 /* Do not search around if there are enough pages already */
 if (cc->nr_freepages >= cc->nr_migratepages)
  return;

 /* Minimise scanning during async compaction */
 if (cc->direct_compaction && cc->mode == MIGRATE_ASYNC)
  return;

 /* Pageblock boundaries */
 start_pfn = max(pageblock_start_pfn(pfn), cc->zone->zone_start_pfn);
 end_pfn = min(pageblock_end_pfn(pfn), zone_end_pfn(cc->zone));

 page = pageblock_pfn_to_page(start_pfn, end_pfn, cc->zone);
 if (!page)
  return;

 isolate_freepages_block(cc, &start_pfn, end_pfn, cc->freepages, 1, false);

 /* Skip this pageblock in the future as it's full or nearly full */
 if (start_pfn == end_pfn && !cc->no_set_skip_hint)
  set_pageblock_skip(page);
}

/* Search orders in round-robin fashion */
static int next_search_order(struct compact_control *cc, int order)
{
 order--;
 if (order < 0)
  order = cc->order - 1;

 /* Search wrapped around? */
 if (order == cc->search_order) {
  cc->search_order--;
  if (cc->search_order < 0)
   cc->search_order = cc->order - 1;
  return -1;
 }

 return order;
}

static void fast_isolate_freepages(struct compact_control *cc)
{
 unsigned int limit = max(1U, freelist_scan_limit(cc) >> 1);
 unsigned int nr_scanned = 0, total_isolated = 0;
 unsigned long low_pfn, min_pfn, highest = 0;
 unsigned long nr_isolated = 0;
 unsigned long distance;
 struct page *page = NULL;
 bool scan_start = false;
 int order;

 /* Full compaction passes in a negative order */
 if (cc->order <= 0)
  return;

 /*
 * If starting the scan, use a deeper search and use the highest
 * PFN found if a suitable one is not found.
 */
 if (cc->free_pfn >= cc->zone->compact_init_free_pfn) {
  limit = pageblock_nr_pages >> 1;
  scan_start = true;
 }

 /*
 * Preferred point is in the top quarter of the scan space but take
 * a pfn from the top half if the search is problematic.
 */
 distance = (cc->free_pfn - cc->migrate_pfn);
 low_pfn = pageblock_start_pfn(cc->free_pfn - (distance >> 2));
 min_pfn = pageblock_start_pfn(cc->free_pfn - (distance >> 1));

 if (WARN_ON_ONCE(min_pfn > low_pfn))
  low_pfn = min_pfn;

 /*
 * Search starts from the last successful isolation order or the next
 * order to search after a previous failure
 */
 cc->search_order = min_t(unsigned int, cc->order - 1, cc->search_order);

 for (order = cc->search_order;
      !page && order >= 0;
      order = next_search_order(cc, order)) {
  struct free_area *area = &cc->zone->free_area[order];
  struct list_head *freelist;
  struct page *freepage;
  unsigned long flags;
  unsigned int order_scanned = 0;
  unsigned long high_pfn = 0;

  if (!area->nr_free)
   continue;

  spin_lock_irqsave(&cc->zone->lock, flags);
  freelist = &area->free_list[MIGRATE_MOVABLE];
  list_for_each_entry_reverse(freepage, freelist, buddy_list) {
   unsigned long pfn;

   order_scanned++;
   nr_scanned++;
   pfn = page_to_pfn(freepage);

   if (pfn >= highest)
    highest = max(pageblock_start_pfn(pfn),
           cc->zone->zone_start_pfn);

   if (pfn >= low_pfn) {
    cc->fast_search_fail = 0;
    cc->search_order = order;
    page = freepage;
    break;
   }

   if (pfn >= min_pfn && pfn > high_pfn) {
    high_pfn = pfn;

    /* Shorten the scan if a candidate is found */
    limit >>= 1;
   }

   if (order_scanned >= limit)
    break;
  }

  /* Use a maximum candidate pfn if a preferred one was not found */
  if (!page && high_pfn) {
   page = pfn_to_page(high_pfn);

   /* Update freepage for the list reorder below */
   freepage = page;
  }

  /* Reorder to so a future search skips recent pages */
  move_freelist_head(freelist, freepage);

  /* Isolate the page if available */
  if (page) {
   if (__isolate_free_page(page, order)) {
    set_page_private(page, order);
    nr_isolated = 1 << order;
    nr_scanned += nr_isolated - 1;
    total_isolated += nr_isolated;
    cc->nr_freepages += nr_isolated;
    list_add_tail(&page->lru, &cc->freepages[order]);
    count_compact_events(COMPACTISOLATED, nr_isolated);
   } else {
    /* If isolation fails, abort the search */
    order = cc->search_order + 1;
    page = NULL;
   }
  }

  spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);

  /* Skip fast search if enough freepages isolated */
  if (cc->nr_freepages >= cc->nr_migratepages)
   break;

  /*
 * Smaller scan on next order so the total scan is related
 * to freelist_scan_limit.
 */
  if (order_scanned >= limit)
   limit = max(1U, limit >> 1);
 }

 trace_mm_compaction_fast_isolate_freepages(min_pfn, cc->free_pfn,
         nr_scanned, total_isolated);

 if (!page) {
  cc->fast_search_fail++;
  if (scan_start) {
   /*
 * Use the highest PFN found above min. If one was
 * not found, be pessimistic for direct compaction
 * and use the min mark.
 */
   if (highest >= min_pfn) {
    page = pfn_to_page(highest);
    cc->free_pfn = highest;
   } else {
    if (cc->direct_compaction && pfn_valid(min_pfn)) {
     page = pageblock_pfn_to_page(min_pfn,
      min(pageblock_end_pfn(min_pfn),
          zone_end_pfn(cc->zone)),
      cc->zone);
     if (page && !suitable_migration_target(cc, page))
      page = NULL;

     cc->free_pfn = min_pfn;
    }
   }
  }
 }

 if (highest && highest >= cc->zone->compact_cached_free_pfn) {
  highest -= pageblock_nr_pages;
  cc->zone->compact_cached_free_pfn = highest;
 }

 cc->total_free_scanned += nr_scanned;
 if (!page)
  return;

 low_pfn = page_to_pfn(page);
 fast_isolate_around(cc, low_pfn);
}

/*
 * Based on information in the current compact_control, find blocks
 * suitable for isolating free pages from and then isolate them.
 */
static void isolate_freepages(struct compact_control *cc)
{
 struct zone *zone = cc->zone;
 struct page *page;
 unsigned long block_start_pfn; /* start of current pageblock */
 unsigned long isolate_start_pfn; /* exact pfn we start at */
 unsigned long block_end_pfn; /* end of current pageblock */
 unsigned long low_pfn;      /* lowest pfn scanner is able to scan */
 unsigned int stride;

 /* Try a small search of the free lists for a candidate */
 fast_isolate_freepages(cc);
 if (cc->nr_freepages)
  return;

 /*
 * Initialise the free scanner. The starting point is where we last
 * successfully isolated from, zone-cached value, or the end of the
 * zone when isolating for the first time. For looping we also need
 * this pfn aligned down to the pageblock boundary, because we do
 * block_start_pfn -= pageblock_nr_pages in the for loop.
 * For ending point, take care when isolating in last pageblock of a
 * zone which ends in the middle of a pageblock.
 * The low boundary is the end of the pageblock the migration scanner
 * is using.
 */
 isolate_start_pfn = cc->free_pfn;
 block_start_pfn = pageblock_start_pfn(isolate_start_pfn);
 block_end_pfn = min(block_start_pfn + pageblock_nr_pages,
      zone_end_pfn(zone));
 low_pfn = pageblock_end_pfn(cc->migrate_pfn);
 stride = cc->mode == MIGRATE_ASYNC ? COMPACT_CLUSTER_MAX : 1;

 /*
 * Isolate free pages until enough are available to migrate the
 * pages on cc->migratepages. We stop searching if the migrate
 * and free page scanners meet or enough free pages are isolated.
 */
 for (; block_start_pfn >= low_pfn;
    block_end_pfn = block_start_pfn,
    block_start_pfn -= pageblock_nr_pages,
    isolate_start_pfn = block_start_pfn) {
  unsigned long nr_isolated;

  /*
 * This can iterate a massively long zone without finding any
 * suitable migration targets, so periodically check resched.
 */
  if (!(block_start_pfn % (COMPACT_CLUSTER_MAX * pageblock_nr_pages)))
   cond_resched();

  page = pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn, block_end_pfn,
         zone);
  if (!page) {
   unsigned long next_pfn;

   next_pfn = skip_offline_sections_reverse(block_start_pfn);
   if (next_pfn)
    block_start_pfn = max(next_pfn, low_pfn);

   continue;
  }

  /* Check the block is suitable for migration */
  if (!suitable_migration_target(cc, page))
   continue;

  /* If isolation recently failed, do not retry */
  if (!isolation_suitable(cc, page))
   continue;

  /* Found a block suitable for isolating free pages from. */
  nr_isolated = isolate_freepages_block(cc, &isolate_start_pfn,
     block_end_pfn, cc->freepages, stride, false);

  /* Update the skip hint if the full pageblock was scanned */
  if (isolate_start_pfn == block_end_pfn)
   update_pageblock_skip(cc, page, block_start_pfn -
           pageblock_nr_pages);

  /* Are enough freepages isolated? */
  if (cc->nr_freepages >= cc->nr_migratepages) {
   if (isolate_start_pfn >= block_end_pfn) {
    /*
 * Restart at previous pageblock if more
 * freepages can be isolated next time.
 */
    isolate_start_pfn =
     block_start_pfn - pageblock_nr_pages;
   }
   break;
  } else if (isolate_start_pfn < block_end_pfn) {
   /*
 * If isolation failed early, do not continue
 * needlessly.
 */
   break;
  }

  /* Adjust stride depending on isolation */
  if (nr_isolated) {
   stride = 1;
   continue;
  }
  stride = min_t(unsigned int, COMPACT_CLUSTER_MAX, stride << 1);
 }

 /*
 * Record where the free scanner will restart next time. Either we
 * broke from the loop and set isolate_start_pfn based on the last
 * call to isolate_freepages_block(), or we met the migration scanner
 * and the loop terminated due to isolate_start_pfn < low_pfn
 */
 cc->free_pfn = isolate_start_pfn;
}

/*
 * This is a migrate-callback that "allocates" freepages by taking pages
 * from the isolated freelists in the block we are migrating to.
 */
static struct folio *compaction_alloc_noprof(struct folio *src, unsigned long data)
{
 struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 struct folio *dst;
 int order = folio_order(src);
 bool has_isolated_pages = false;
 int start_order;
 struct page *freepage;
 unsigned long size;

again:
 for (start_order = order; start_order < NR_PAGE_ORDERS; start_order++)
  if (!list_empty(&cc->freepages[start_order]))
   break;

 /* no free pages in the list */
 if (start_order == NR_PAGE_ORDERS) {
  if (has_isolated_pages)
   return NULL;
  isolate_freepages(cc);
  has_isolated_pages = true;
  goto again;
 }

 freepage = list_first_entry(&cc->freepages[start_order], struct page,
    lru);
 size = 1 << start_order;

 list_del(&freepage->lru);

 while (start_order > order) {
  start_order--;
  size >>= 1;

  list_add(&freepage[size].lru, &cc->freepages[start_order]);
  set_page_private(&freepage[size], start_order);
 }
 dst = (struct folio *)freepage;

 post_alloc_hook(&dst->page, order, __GFP_MOVABLE);
 set_page_refcounted(&dst->page);
 if (order)
  prep_compound_page(&dst->page, order);
 cc->nr_freepages -= 1 << order;
 cc->nr_migratepages -= 1 << order;
 return page_rmappable_folio(&dst->page);
}

static struct folio *compaction_alloc(struct folio *src, unsigned long data)
{
 return alloc_hooks(compaction_alloc_noprof(src, data));
}

/*
 * This is a migrate-callback that "frees" freepages back to the isolated
 * freelist.  All pages on the freelist are from the same zone, so there is no
 * special handling needed for NUMA.
 */
static void compaction_free(struct folio *dst, unsigned long data)
{
 struct compact_control *cc = (struct compact_control *)data;
 int order = folio_order(dst);
 struct page *page = &dst->page;

 if (folio_put_testzero(dst)) {
  free_pages_prepare(page, order);
  list_add(&dst->lru, &cc->freepages[order]);
  cc->nr_freepages += 1 << order;
 }
 cc->nr_migratepages += 1 << order;
 /*
 * someone else has referenced the page, we cannot take it back to our
 * free list.
 */
}

/* possible outcome of isolate_migratepages */
typedef enum {
 ISOLATE_ABORT,  /* Abort compaction now */
 ISOLATE_NONE,  /* No pages isolated, continue scanning */
 ISOLATE_SUCCESS, /* Pages isolated, migrate */
} isolate_migrate_t;

/*
 * Allow userspace to control policy on scanning the unevictable LRU for
 * compactable pages.
 */
static int sysctl_compact_unevictable_allowed __read_mostly = CONFIG_COMPACT_UNEVICTABLE_DEFAULT;
/*
 * Tunable for proactive compaction. It determines how
 * aggressively the kernel should compact memory in the
 * background. It takes values in the range [0, 100].
 */
static unsigned int __read_mostly sysctl_compaction_proactiveness = 20;
static int sysctl_extfrag_threshold = 500;
static int __read_mostly sysctl_compact_memory;

static inline void
update_fast_start_pfn(struct compact_control *cc, unsigned long pfn)
{
 if (cc->fast_start_pfn == ULONG_MAX)
  return;

 if (!cc->fast_start_pfn)
  cc->fast_start_pfn = pfn;

 cc->fast_start_pfn = min(cc->fast_start_pfn, pfn);
}

static inline unsigned long
reinit_migrate_pfn(struct compact_control *cc)
{
 if (!cc->fast_start_pfn || cc->fast_start_pfn == ULONG_MAX)
  return cc->migrate_pfn;

 cc->migrate_pfn = cc->fast_start_pfn;
 cc->fast_start_pfn = ULONG_MAX;

 return cc->migrate_pfn;
}

/*
 * Briefly search the free lists for a migration source that already has
 * some free pages to reduce the number of pages that need migration
 * before a pageblock is free.
 */
static unsigned long fast_find_migrateblock(struct compact_control *cc)
{
 unsigned int limit = freelist_scan_limit(cc);
 unsigned int nr_scanned = 0;
 unsigned long distance;
 unsigned long pfn = cc->migrate_pfn;
 unsigned long high_pfn;
 int order;
 bool found_block = false;

 /* Skip hints are relied on to avoid repeats on the fast search */
 if (cc->ignore_skip_hint)
  return pfn;

 /*
 * If the pageblock should be finished then do not select a different
 * pageblock.
 */
 if (cc->finish_pageblock)
  return pfn;

 /*
 * If the migrate_pfn is not at the start of a zone or the start
 * of a pageblock then assume this is a continuation of a previous
 * scan restarted due to COMPACT_CLUSTER_MAX.
 */
 if (pfn != cc->zone->zone_start_pfn && pfn != pageblock_start_pfn(pfn))
  return pfn;

 /*
 * For smaller orders, just linearly scan as the number of pages
 * to migrate should be relatively small and does not necessarily
 * justify freeing up a large block for a small allocation.
 */
 if (cc->order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
  return pfn;

 /*
 * Only allow kcompactd and direct requests for movable pages to
 * quickly clear out a MOVABLE pageblock for allocation. This
 * reduces the risk that a large movable pageblock is freed for
 * an unmovable/reclaimable small allocation.
 */
 if (cc->direct_compaction && cc->migratetype != MIGRATE_MOVABLE)
  return pfn;

 /*
 * When starting the migration scanner, pick any pageblock within the
 * first half of the search space. Otherwise try and pick a pageblock
 * within the first eighth to reduce the chances that a migration
 * target later becomes a source.
 */
 distance = (cc->free_pfn - cc->migrate_pfn) >> 1;
 if (cc->migrate_pfn != cc->zone->zone_start_pfn)
  distance >>= 2;
 high_pfn = pageblock_start_pfn(cc->migrate_pfn + distance);

 for (order = cc->order - 1;
      order >= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !found_block && nr_scanned < limit;
      order--) {
  struct free_area *area = &cc->zone->free_area[order];
  struct list_head *freelist;
  unsigned long flags;
  struct page *freepage;

  if (!area->nr_free)
   continue;

  spin_lock_irqsave(&cc->zone->lock, flags);
  freelist = &area->free_list[MIGRATE_MOVABLE];
  list_for_each_entry(freepage, freelist, buddy_list) {
   unsigned long free_pfn;

   if (nr_scanned++ >= limit) {
    move_freelist_tail(freelist, freepage);
    break;
   }

   free_pfn = page_to_pfn(freepage);
   if (free_pfn < high_pfn) {
    /*
 * Avoid if skipped recently. Ideally it would
 * move to the tail but even safe iteration of
 * the list assumes an entry is deleted, not
 * reordered.
 */
    if (get_pageblock_skip(freepage))
     continue;

    /* Reorder to so a future search skips recent pages */
    move_freelist_tail(freelist, freepage);

    update_fast_start_pfn(cc, free_pfn);
    pfn = pageblock_start_pfn(free_pfn);
    if (pfn < cc->zone->zone_start_pfn)
     pfn = cc->zone->zone_start_pfn;
    cc->fast_search_fail = 0;
    found_block = true;
    break;
   }
  }
  spin_unlock_irqrestore(&cc->zone->lock, flags);
 }

 cc->total_migrate_scanned += nr_scanned;

 /*
 * If fast scanning failed then use a cached entry for a page block
 * that had free pages as the basis for starting a linear scan.
 */
 if (!found_block) {
  cc->fast_search_fail++;
  pfn = reinit_migrate_pfn(cc);
 }
 return pfn;
}

/*
 * Isolate all pages that can be migrated from the first suitable block,
 * starting at the block pointed to by the migrate scanner pfn within
 * compact_control.
 */
static isolate_migrate_t isolate_migratepages(struct compact_control *cc)
{
 unsigned long block_start_pfn;
 unsigned long block_end_pfn;
 unsigned long low_pfn;
 struct page *page;
 const isolate_mode_t isolate_mode =
  (sysctl_compact_unevictable_allowed ? ISOLATE_UNEVICTABLE : 0) |
  (cc->mode != MIGRATE_SYNC ? ISOLATE_ASYNC_MIGRATE : 0);
 bool fast_find_block;

 /*
 * Start at where we last stopped, or beginning of the zone as
 * initialized by compact_zone(). The first failure will use
 * the lowest PFN as the starting point for linear scanning.
 */
 low_pfn = fast_find_migrateblock(cc);
 block_start_pfn = pageblock_start_pfn(low_pfn);
 if (block_start_pfn < cc->zone->zone_start_pfn)
  block_start_pfn = cc->zone->zone_start_pfn;

 /*
 * fast_find_migrateblock() has already ensured the pageblock is not
 * set with a skipped flag, so to avoid the isolation_suitable check
 * below again, check whether the fast search was successful.
 */
 fast_find_block = low_pfn != cc->migrate_pfn && !cc->fast_search_fail;

 /* Only scan within a pageblock boundary */
 block_end_pfn = pageblock_end_pfn(low_pfn);

 /*
 * Iterate over whole pageblocks until we find the first suitable.
 * Do not cross the free scanner.
 */
 for (; block_end_pfn <= cc->free_pfn;
   fast_find_block = false,
   cc->migrate_pfn = low_pfn = block_end_pfn,
   block_start_pfn = block_end_pfn,
   block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {

  /*
 * This can potentially iterate a massively long zone with
 * many pageblocks unsuitable, so periodically check if we
 * need to schedule.
 */
  if (!(low_pfn % (COMPACT_CLUSTER_MAX * pageblock_nr_pages)))
   cond_resched();

  page = pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
      block_end_pfn, cc->zone);
  if (!page) {
   unsigned long next_pfn;

   next_pfn = skip_offline_sections(block_start_pfn);
   if (next_pfn)
    block_end_pfn = min(next_pfn, cc->free_pfn);
   continue;
  }

  /*
 * If isolation recently failed, do not retry. Only check the
 * pageblock once. COMPACT_CLUSTER_MAX causes a pageblock
 * to be visited multiple times. Assume skip was checked
 * before making it "skip" so other compaction instances do
 * not scan the same block.
 */
  if ((pageblock_aligned(low_pfn) ||
       low_pfn == cc->zone->zone_start_pfn) &&
      !fast_find_block && !isolation_suitable(cc, page))
   continue;

  /*
 * For async direct compaction, only scan the pageblocks of the
 * same migratetype without huge pages. Async direct compaction
 * is optimistic to see if the minimum amount of work satisfies
 * the allocation. The cached PFN is updated as it's possible
 * that all remaining blocks between source and target are
 * unsuitable and the compaction scanners fail to meet.
 */
  if (!suitable_migration_source(cc, page)) {
   update_cached_migrate(cc, block_end_pfn);
   continue;
  }

  /* Perform the isolation */
  if (isolate_migratepages_block(cc, low_pfn, block_end_pfn,
      isolate_mode))
   return ISOLATE_ABORT;

  /*
 * Either we isolated something and proceed with migration. Or
 * we failed and compact_zone should decide if we should
 * continue or not.
 */
  break;
 }

 return cc->nr_migratepages ? ISOLATE_SUCCESS : ISOLATE_NONE;
}

/*
 * Determine whether kswapd is (or recently was!) running on this node.
 *
 * pgdat_kswapd_lock() pins pgdat->kswapd, so a concurrent kswapd_stop() can't
 * zero it.
 */
static bool kswapd_is_running(pg_data_t *pgdat)
{
 bool running;

 pgdat_kswapd_lock(pgdat);
 running = pgdat->kswapd && task_is_running(pgdat->kswapd);
 pgdat_kswapd_unlock(pgdat);

 return running;
}

/*
 * A zone's fragmentation score is the external fragmentation wrt to the
 * COMPACTION_HPAGE_ORDER. It returns a value in the range [0, 100].
 */
static unsigned int fragmentation_score_zone(struct zone *zone)
{
 return extfrag_for_order(zone, COMPACTION_HPAGE_ORDER);
}

/*
 * A weighted zone's fragmentation score is the external fragmentation
 * wrt to the COMPACTION_HPAGE_ORDER scaled by the zone's size. It
 * returns a value in the range [0, 100].
 *
 * The scaling factor ensures that proactive compaction focuses on larger
 * zones like ZONE_NORMAL, rather than smaller, specialized zones like
 * ZONE_DMA32. For smaller zones, the score value remains close to zero,
 * and thus never exceeds the high threshold for proactive compaction.
 */
static unsigned int fragmentation_score_zone_weighted(struct zone *zone)
{
 unsigned long score;

 score = zone->present_pages * fragmentation_score_zone(zone);
 return div64_ul(score, zone->zone_pgdat->node_present_pages + 1);
}

/*
 * The per-node proactive (background) compaction process is started by its
 * corresponding kcompactd thread when the node's fragmentation score
 * exceeds the high threshold. The compaction process remains active till
 * the node's score falls below the low threshold, or one of the back-off
 * conditions is met.
 */
static unsigned int fragmentation_score_node(pg_data_t *pgdat)
{
 unsigned int score = 0;
 int zoneid;

 for (zoneid = 0; zoneid < MAX_NR_ZONES; zoneid++) {
  struct zone *zone;

  zone = &pgdat->node_zones[zoneid];
  if (!populated_zone(zone))
   continue;
  score += fragmentation_score_zone_weighted(zone);
 }

 return score;
}

static unsigned int fragmentation_score_wmark(bool low)
{
 unsigned int wmark_low, leeway;

 wmark_low = 100U - sysctl_compaction_proactiveness;
 leeway = min(10U, wmark_low / 2);
 return low ? wmark_low : min(wmark_low + leeway, 100U);
}

static bool should_proactive_compact_node(pg_data_t *pgdat)
{
 int wmark_high;

 if (!sysctl_compaction_proactiveness || kswapd_is_running(pgdat))
  return false;

 wmark_high = fragmentation_score_wmark(false);
 return fragmentation_score_node(pgdat) > wmark_high;
}

static enum compact_result __compact_finished(struct compact_control *cc)
{
 unsigned int order;
 const int migratetype = cc->migratetype;
 int ret;

 /* Compaction run completes if the migrate and free scanner meet */
 if (compact_scanners_met(cc)) {
  /* Let the next compaction start anew. */
  reset_cached_positions(cc->zone);

  /*
 * Mark that the PG_migrate_skip information should be cleared
 * by kswapd when it goes to sleep. kcompactd does not set the
 * flag itself as the decision to be clear should be directly
 * based on an allocation request.
 */
  if (cc->direct_compaction)
   cc->zone->compact_blockskip_flush = true;

  if (cc->whole_zone)
   return COMPACT_COMPLETE;
  else
   return COMPACT_PARTIAL_SKIPPED;
 }

 if (cc->proactive_compaction) {
  int score, wmark_low;
  pg_data_t *pgdat;

  pgdat = cc->zone->zone_pgdat;
  if (kswapd_is_running(pgdat))
   return COMPACT_PARTIAL_SKIPPED;

  score = fragmentation_score_zone(cc->zone);
  wmark_low = fragmentation_score_wmark(true);

  if (score > wmark_low)
   ret = COMPACT_CONTINUE;
  else
   ret = COMPACT_SUCCESS;

  goto out;
 }

 if (is_via_compact_memory(cc->order))
  return COMPACT_CONTINUE;

 /*
 * Always finish scanning a pageblock to reduce the possibility of
 * fallbacks in the future. This is particularly important when
 * migration source is unmovable/reclaimable but it's not worth
 * special casing.
 */
 if (!pageblock_aligned(cc->migrate_pfn))
  return COMPACT_CONTINUE;

 /*
 * When defrag_mode is enabled, make kcompactd target
 * watermarks in whole pageblocks. Because they can be stolen
 * without polluting, no further fallback checks are needed.
 */
 if (defrag_mode && !cc->direct_compaction) {
  if (__zone_watermark_ok(cc->zone, cc->order,
     high_wmark_pages(cc->zone),
     cc->highest_zoneidx, cc->alloc_flags,
     zone_page_state(cc->zone,
       NR_FREE_PAGES_BLOCKS)))
   return COMPACT_SUCCESS;

  return COMPACT_CONTINUE;
 }

 /* Direct compactor: Is a suitable page free? */
 ret = COMPACT_NO_SUITABLE_PAGE;
 for (order = cc->order; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
  struct free_area *area = &cc->zone->free_area[order];

  /* Job done if page is free of the right migratetype */
  if (!free_area_empty(area, migratetype))
   return COMPACT_SUCCESS;

#ifdef CONFIG_CMA
  /* MIGRATE_MOVABLE can fallback on MIGRATE_CMA */
  if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE &&
   !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA))
   return COMPACT_SUCCESS;
#endif
  /*
 * Job done if allocation would steal freepages from
 * other migratetype buddy lists.
 */
--> --------------------

--> maximum size reached

--> --------------------