]> git.karo-electronics.de Git - linux-beck.git/blob - mm/page_alloc.c
mm, rmap: account shmem thp pages
[linux-beck.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page_ext.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67
68 #include <asm/sections.h>
69 #include <asm/tlbflush.h>
70 #include <asm/div64.h>
71 #include "internal.h"
72
73 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
74 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
75 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
76
77 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
78 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
79 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
80 #endif
81
82 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
83 /*
84  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
85  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
86  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
87  * defined in <linux/topology.h>.
88  */
89 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
90 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
91 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
92 #endif
93
94 /*
95  * Array of node states.
96  */
97 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
98         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
99         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
100 #ifndef CONFIG_NUMA
101         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
102 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
103         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
104 #endif
105 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
106         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
107 #endif
108         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
109 #endif  /* NUMA */
110 };
111 EXPORT_SYMBOL(node_states);
112
113 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
114 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
115
116 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
118 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
119
120 int percpu_pagelist_fraction;
121 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
122
123 /*
124  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
125  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
126  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
127  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
128  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
129  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
130  */
131 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
132 {
133         return page->index;
134 }
135
136 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
137 {
138         page->index = migratetype;
139 }
140
141 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
142 /*
143  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
144  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
145  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
146  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
147  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
148  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
149  */
150
151 static gfp_t saved_gfp_mask;
152
153 void pm_restore_gfp_mask(void)
154 {
155         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
156         if (saved_gfp_mask) {
157                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
158                 saved_gfp_mask = 0;
159         }
160 }
161
162 void pm_restrict_gfp_mask(void)
163 {
164         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
165         WARN_ON(saved_gfp_mask);
166         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
167         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
168 }
169
170 bool pm_suspended_storage(void)
171 {
172         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
173                 return false;
174         return true;
175 }
176 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
177
178 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
179 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
180 #endif
181
182 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
183
184 /*
185  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
186  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
187  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
188  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
189  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
190  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
191  *
192  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
193  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
194  */
195 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
196 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
197          256,
198 #endif
199 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
200          256,
201 #endif
202 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
203          32,
204 #endif
205          32,
206 };
207
208 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
209
210 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
211 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
212          "DMA",
213 #endif
214 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
215          "DMA32",
216 #endif
217          "Normal",
218 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
219          "HighMem",
220 #endif
221          "Movable",
222 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
223          "Device",
224 #endif
225 };
226
227 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
228         "Unmovable",
229         "Movable",
230         "Reclaimable",
231         "HighAtomic",
232 #ifdef CONFIG_CMA
233         "CMA",
234 #endif
235 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
236         "Isolate",
237 #endif
238 };
239
240 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
241         NULL,
242         free_compound_page,
243 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
244         free_huge_page,
245 #endif
246 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
247         free_transhuge_page,
248 #endif
249 };
250
251 int min_free_kbytes = 1024;
252 int user_min_free_kbytes = -1;
253 int watermark_scale_factor = 10;
254
255 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
256 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
257 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
258
259 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
260 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
261 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
262 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
263 static unsigned long __initdata required_movablecore;
264 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
265 static bool mirrored_kernelcore;
266
267 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
268 int movable_zone;
269 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
270 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
271
272 #if MAX_NUMNODES > 1
273 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
274 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
275 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
276 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
277 #endif
278
279 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
280
281 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
282 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
283 {
284         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
285 }
286
287 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
288 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
289 {
290         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
291
292         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
293                 return true;
294
295         return false;
296 }
297
298 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
299 {
300         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
301                 return true;
302
303         return false;
304 }
305
306 /*
307  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
308  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
309  */
310 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
311                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
312                                 unsigned long *nr_initialised)
313 {
314         unsigned long max_initialise;
315
316         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
317         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
318                 return true;
319         /*
320          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
321          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
322          */
323         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
324                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
325
326         (*nr_initialised)++;
327         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
328             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
329                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
330                 return false;
331         }
332
333         return true;
334 }
335 #else
336 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
337 {
338 }
339
340 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
341 {
342         return false;
343 }
344
345 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
346 {
347         return false;
348 }
349
350 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
351                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
352                                 unsigned long *nr_initialised)
353 {
354         return true;
355 }
356 #endif
357
358 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
359 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
360                                                         unsigned long pfn)
361 {
362 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
363         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
364 #else
365         return page_zone(page)->pageblock_flags;
366 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
367 }
368
369 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
370 {
371 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
372         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
373         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
374 #else
375         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
376         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
377 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
378 }
379
380 /**
381  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
382  * @page: The page within the block of interest
383  * @pfn: The target page frame number
384  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
385  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
386  *
387  * Return: pageblock_bits flags
388  */
389 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
390                                         unsigned long pfn,
391                                         unsigned long end_bitidx,
392                                         unsigned long mask)
393 {
394         unsigned long *bitmap;
395         unsigned long bitidx, word_bitidx;
396         unsigned long word;
397
398         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
399         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
400         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
401         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
402
403         word = bitmap[word_bitidx];
404         bitidx += end_bitidx;
405         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
406 }
407
408 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
409                                         unsigned long end_bitidx,
410                                         unsigned long mask)
411 {
412         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
413 }
414
415 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
416 {
417         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
418 }
419
420 /**
421  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
422  * @page: The page within the block of interest
423  * @flags: The flags to set
424  * @pfn: The target page frame number
425  * @end_bitidx: The last bit of interest
426  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
427  */
428 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
429                                         unsigned long pfn,
430                                         unsigned long end_bitidx,
431                                         unsigned long mask)
432 {
433         unsigned long *bitmap;
434         unsigned long bitidx, word_bitidx;
435         unsigned long old_word, word;
436
437         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
438
439         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
440         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
441         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
442         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
443
444         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
445
446         bitidx += end_bitidx;
447         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
448         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
449
450         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
451         for (;;) {
452                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
453                 if (word == old_word)
454                         break;
455                 word = old_word;
456         }
457 }
458
459 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
460 {
461         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
462                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
463                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
464
465         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
466                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
467 }
468
469 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
470 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
471 {
472         int ret = 0;
473         unsigned seq;
474         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
475         unsigned long sp, start_pfn;
476
477         do {
478                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
479                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
480                 sp = zone->spanned_pages;
481                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
482                         ret = 1;
483         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
484
485         if (ret)
486                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
487                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
488                         start_pfn, start_pfn + sp);
489
490         return ret;
491 }
492
493 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
494 {
495         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
496                 return 0;
497         if (zone != page_zone(page))
498                 return 0;
499
500         return 1;
501 }
502 /*
503  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
504  */
505 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
506 {
507         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
508                 return 1;
509         if (!page_is_consistent(zone, page))
510                 return 1;
511
512         return 0;
513 }
514 #else
515 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
516 {
517         return 0;
518 }
519 #endif
520
521 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
522                 unsigned long bad_flags)
523 {
524         static unsigned long resume;
525         static unsigned long nr_shown;
526         static unsigned long nr_unshown;
527
528         /*
529          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
530          * or allow a steady drip of one report per second.
531          */
532         if (nr_shown == 60) {
533                 if (time_before(jiffies, resume)) {
534                         nr_unshown++;
535                         goto out;
536                 }
537                 if (nr_unshown) {
538                         pr_alert(
539                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
540                                 nr_unshown);
541                         nr_unshown = 0;
542                 }
543                 nr_shown = 0;
544         }
545         if (nr_shown++ == 0)
546                 resume = jiffies + 60 * HZ;
547
548         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
549                 current->comm, page_to_pfn(page));
550         __dump_page(page, reason);
551         bad_flags &= page->flags;
552         if (bad_flags)
553                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
554                                                 bad_flags, &bad_flags);
555         dump_page_owner(page);
556
557         print_modules();
558         dump_stack();
559 out:
560         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
561         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
562         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
563 }
564
565 /*
566  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
567  *
568  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
569  *
570  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
571  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
572  *
573  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
574  * page destructors. See compound_page_dtors.
575  *
576  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
577  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
578  */
579
580 void free_compound_page(struct page *page)
581 {
582         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
583 }
584
585 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
586 {
587         int i;
588         int nr_pages = 1 << order;
589
590         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
591         set_compound_order(page, order);
592         __SetPageHead(page);
593         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
594                 struct page *p = page + i;
595                 set_page_count(p, 0);
596                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
597                 set_compound_head(p, page);
598         }
599         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
600 }
601
602 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
603 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
604 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
605                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
606 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
607 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
608
609 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
610 {
611         if (!buf)
612                 return -EINVAL;
613         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
614 }
615 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
616
617 static bool need_debug_guardpage(void)
618 {
619         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
620         if (!debug_pagealloc_enabled())
621                 return false;
622
623         return true;
624 }
625
626 static void init_debug_guardpage(void)
627 {
628         if (!debug_pagealloc_enabled())
629                 return;
630
631         _debug_guardpage_enabled = true;
632 }
633
634 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
635         .need = need_debug_guardpage,
636         .init = init_debug_guardpage,
637 };
638
639 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
640 {
641         unsigned long res;
642
643         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
644                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
645                 return 0;
646         }
647         _debug_guardpage_minorder = res;
648         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
649         return 0;
650 }
651 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
652
653 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
654                                 unsigned int order, int migratetype)
655 {
656         struct page_ext *page_ext;
657
658         if (!debug_guardpage_enabled())
659                 return;
660
661         page_ext = lookup_page_ext(page);
662         if (unlikely(!page_ext))
663                 return;
664
665         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
666
667         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
668         set_page_private(page, order);
669         /* Guard pages are not available for any usage */
670         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
671 }
672
673 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
674                                 unsigned int order, int migratetype)
675 {
676         struct page_ext *page_ext;
677
678         if (!debug_guardpage_enabled())
679                 return;
680
681         page_ext = lookup_page_ext(page);
682         if (unlikely(!page_ext))
683                 return;
684
685         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
686
687         set_page_private(page, 0);
688         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
689                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
690 }
691 #else
692 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
693 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
694                                 unsigned int order, int migratetype) {}
695 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
696                                 unsigned int order, int migratetype) {}
697 #endif
698
699 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
700 {
701         set_page_private(page, order);
702         __SetPageBuddy(page);
703 }
704
705 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
706 {
707         __ClearPageBuddy(page);
708         set_page_private(page, 0);
709 }
710
711 /*
712  * This function checks whether a page is free && is the buddy
713  * we can do coalesce a page and its buddy if
714  * (a) the buddy is not in a hole &&
715  * (b) the buddy is in the buddy system &&
716  * (c) a page and its buddy have the same order &&
717  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
718  *
719  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
720  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
721  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
722  * serialized by zone->lock.
723  *
724  * For recording page's order, we use page_private(page).
725  */
726 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
727                                                         unsigned int order)
728 {
729         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
730                 return 0;
731
732         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
733                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
734                         return 0;
735
736                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
737
738                 return 1;
739         }
740
741         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
742                 /*
743                  * zone check is done late to avoid uselessly
744                  * calculating zone/node ids for pages that could
745                  * never merge.
746                  */
747                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
748                         return 0;
749
750                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
751
752                 return 1;
753         }
754         return 0;
755 }
756
757 /*
758  * Freeing function for a buddy system allocator.
759  *
760  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
761  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
762  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
763  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
764  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
765  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
766  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
767  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
768  * parts of the VM system.
769  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
770  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
771  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
772  * field.
773  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
774  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
775  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
776  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
777  * triggers coalescing into a block of larger size.
778  *
779  * -- nyc
780  */
781
782 static inline void __free_one_page(struct page *page,
783                 unsigned long pfn,
784                 struct zone *zone, unsigned int order,
785                 int migratetype)
786 {
787         unsigned long page_idx;
788         unsigned long combined_idx;
789         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
790         struct page *buddy;
791         unsigned int max_order;
792
793         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
794
795         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
796         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
797
798         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
799         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
800                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
801
802         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
803
804         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
805         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
806
807 continue_merging:
808         while (order < max_order - 1) {
809                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
810                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
811                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
812                         goto done_merging;
813                 /*
814                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
815                  * merge with it and move up one order.
816                  */
817                 if (page_is_guard(buddy)) {
818                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
819                 } else {
820                         list_del(&buddy->lru);
821                         zone->free_area[order].nr_free--;
822                         rmv_page_order(buddy);
823                 }
824                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
825                 page = page + (combined_idx - page_idx);
826                 page_idx = combined_idx;
827                 order++;
828         }
829         if (max_order < MAX_ORDER) {
830                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
831                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
832                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
833                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
834                  *
835                  * We don't want to hit this code for the more frequent
836                  * low-order merging.
837                  */
838                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
839                         int buddy_mt;
840
841                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
842                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
843                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
844
845                         if (migratetype != buddy_mt
846                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
847                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
848                                 goto done_merging;
849                 }
850                 max_order++;
851                 goto continue_merging;
852         }
853
854 done_merging:
855         set_page_order(page, order);
856
857         /*
858          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
859          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
860          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
861          * that is happening, add the free page to the tail of the list
862          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
863          * as a higher order page
864          */
865         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
866                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
867                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
868                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
869                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
870                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
871                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
872                         list_add_tail(&page->lru,
873                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
874                         goto out;
875                 }
876         }
877
878         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
879 out:
880         zone->free_area[order].nr_free++;
881 }
882
883 /*
884  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
885  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
886  * check if necessary.
887  */
888 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
889                                         unsigned long check_flags)
890 {
891         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
892                 return false;
893
894         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
895                         page_ref_count(page) |
896 #ifdef CONFIG_MEMCG
897                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
898 #endif
899                         (page->flags & check_flags)))
900                 return false;
901
902         return true;
903 }
904
905 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
906 {
907         const char *bad_reason;
908         unsigned long bad_flags;
909
910         bad_reason = NULL;
911         bad_flags = 0;
912
913         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
914                 bad_reason = "nonzero mapcount";
915         if (unlikely(page->mapping != NULL))
916                 bad_reason = "non-NULL mapping";
917         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
918                 bad_reason = "nonzero _refcount";
919         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
920                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
921                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
922         }
923 #ifdef CONFIG_MEMCG
924         if (unlikely(page->mem_cgroup))
925                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
926 #endif
927         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
928 }
929
930 static inline int free_pages_check(struct page *page)
931 {
932         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
933                 return 0;
934
935         /* Something has gone sideways, find it */
936         free_pages_check_bad(page);
937         return 1;
938 }
939
940 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
941 {
942         int ret = 1;
943
944         /*
945          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
946          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
947          */
948         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
949
950         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
951                 ret = 0;
952                 goto out;
953         }
954         switch (page - head_page) {
955         case 1:
956                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
957                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
958                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
959                         goto out;
960                 }
961                 break;
962         case 2:
963                 /*
964                  * the second tail page: ->mapping is
965                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
966                  */
967                 break;
968         default:
969                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
970                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
971                         goto out;
972                 }
973                 break;
974         }
975         if (unlikely(!PageTail(page))) {
976                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
977                 goto out;
978         }
979         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
980                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
981                 goto out;
982         }
983         ret = 0;
984 out:
985         page->mapping = NULL;
986         clear_compound_head(page);
987         return ret;
988 }
989
990 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
991                                         unsigned int order, bool check_free)
992 {
993         int bad = 0;
994
995         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
996
997         trace_mm_page_free(page, order);
998         kmemcheck_free_shadow(page, order);
999
1000         /*
1001          * Check tail pages before head page information is cleared to
1002          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1003          */
1004         if (unlikely(order)) {
1005                 bool compound = PageCompound(page);
1006                 int i;
1007
1008                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1009
1010                 if (compound)
1011                         ClearPageDoubleMap(page);
1012                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1013                         if (compound)
1014                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1015                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1016                                 bad++;
1017                                 continue;
1018                         }
1019                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1020                 }
1021         }
1022         if (PageMappingFlags(page))
1023                 page->mapping = NULL;
1024         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page)) {
1025                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1026                 __ClearPageKmemcg(page);
1027         }
1028         if (check_free)
1029                 bad += free_pages_check(page);
1030         if (bad)
1031                 return false;
1032
1033         page_cpupid_reset_last(page);
1034         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1035         reset_page_owner(page, order);
1036
1037         if (!PageHighMem(page)) {
1038                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1039                                            PAGE_SIZE << order);
1040                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1041                                            PAGE_SIZE << order);
1042         }
1043         arch_free_page(page, order);
1044         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1045         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1046         kasan_free_pages(page, order);
1047
1048         return true;
1049 }
1050
1051 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1052 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1053 {
1054         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1055 }
1056
1057 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1058 {
1059         return false;
1060 }
1061 #else
1062 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1063 {
1064         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1065 }
1066
1067 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1068 {
1069         return free_pages_check(page);
1070 }
1071 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1072
1073 /*
1074  * Frees a number of pages from the PCP lists
1075  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1076  * count is the number of pages to free.
1077  *
1078  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1079  * see if this freeing clears that state.
1080  *
1081  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1082  * pinned" detection logic.
1083  */
1084 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1085                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1086 {
1087         int migratetype = 0;
1088         int batch_free = 0;
1089         unsigned long nr_scanned;
1090         bool isolated_pageblocks;
1091
1092         spin_lock(&zone->lock);
1093         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1094         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
1095         if (nr_scanned)
1096                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1097
1098         while (count) {
1099                 struct page *page;
1100                 struct list_head *list;
1101
1102                 /*
1103                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1104                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1105                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1106                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1107                  * lists
1108                  */
1109                 do {
1110                         batch_free++;
1111                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1112                                 migratetype = 0;
1113                         list = &pcp->lists[migratetype];
1114                 } while (list_empty(list));
1115
1116                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1117                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1118                         batch_free = count;
1119
1120                 do {
1121                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1122
1123                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1124                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1125                         list_del(&page->lru);
1126
1127                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1128                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1129                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1130                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1131                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1132                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1133
1134                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1135                                 continue;
1136
1137                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1138                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1139                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1140         }
1141         spin_unlock(&zone->lock);
1142 }
1143
1144 static void free_one_page(struct zone *zone,
1145                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1146                                 unsigned int order,
1147                                 int migratetype)
1148 {
1149         unsigned long nr_scanned;
1150         spin_lock(&zone->lock);
1151         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
1152         if (nr_scanned)
1153                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1154
1155         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1156                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1157                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1158         }
1159         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1160         spin_unlock(&zone->lock);
1161 }
1162
1163 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1164                                 unsigned long zone, int nid)
1165 {
1166         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1167         init_page_count(page);
1168         page_mapcount_reset(page);
1169         page_cpupid_reset_last(page);
1170
1171         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1172 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1173         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1174         if (!is_highmem_idx(zone))
1175                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1176 #endif
1177 }
1178
1179 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1180                                         int nid)
1181 {
1182         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1183 }
1184
1185 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1186 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1187 {
1188         pg_data_t *pgdat;
1189         int nid, zid;
1190
1191         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1192                 return;
1193
1194         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1195         pgdat = NODE_DATA(nid);
1196
1197         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1198                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1199
1200                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1201                         break;
1202         }
1203         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1204 }
1205 #else
1206 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1207 {
1208 }
1209 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1210
1211 /*
1212  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1213  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1214  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1215  * sent to the buddy page allocator.
1216  */
1217 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1218 {
1219         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1220         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1221
1222         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1223                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1224                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1225
1226                         init_reserved_page(start_pfn);
1227
1228                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1229                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1230
1231                         SetPageReserved(page);
1232                 }
1233         }
1234 }
1235
1236 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1237 {
1238         unsigned long flags;
1239         int migratetype;
1240         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1241
1242         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1243                 return;
1244
1245         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1246         local_irq_save(flags);
1247         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1248         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1249         local_irq_restore(flags);
1250 }
1251
1252 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1253 {
1254         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1255         struct page *p = page;
1256         unsigned int loop;
1257
1258         prefetchw(p);
1259         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1260                 prefetchw(p + 1);
1261                 __ClearPageReserved(p);
1262                 set_page_count(p, 0);
1263         }
1264         __ClearPageReserved(p);
1265         set_page_count(p, 0);
1266
1267         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1268         set_page_refcounted(page);
1269         __free_pages(page, order);
1270 }
1271
1272 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1273         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1274
1275 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1276
1277 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1278 {
1279         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1280         int nid;
1281
1282         spin_lock(&early_pfn_lock);
1283         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1284         if (nid < 0)
1285                 nid = first_online_node;
1286         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1287
1288         return nid;
1289 }
1290 #endif
1291
1292 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1293 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1294                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1295 {
1296         int nid;
1297
1298         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1299         if (nid >= 0 && nid != node)
1300                 return false;
1301         return true;
1302 }
1303
1304 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1305 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1306 {
1307         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1308 }
1309
1310 #else
1311
1312 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1313 {
1314         return true;
1315 }
1316 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1317                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1318 {
1319         return true;
1320 }
1321 #endif
1322
1323
1324 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1325                                                         unsigned int order)
1326 {
1327         if (early_page_uninitialised(pfn))
1328                 return;
1329         return __free_pages_boot_core(page, order);
1330 }
1331
1332 /*
1333  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1334  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1335  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1336  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1337  * pageblocks.
1338  *
1339  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1340  *
1341  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1342  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1343  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1344  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1345  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1346  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1347  * page in a pageblock.
1348  */
1349 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1350                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1351 {
1352         struct page *start_page;
1353         struct page *end_page;
1354
1355         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1356         end_pfn--;
1357
1358         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1359                 return NULL;
1360
1361         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1362
1363         if (page_zone(start_page) != zone)
1364                 return NULL;
1365
1366         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1367
1368         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1369         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1370                 return NULL;
1371
1372         return start_page;
1373 }
1374
1375 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1376 {
1377         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1378         unsigned long block_end_pfn;
1379
1380         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1381         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1382                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1383                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1384
1385                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1386
1387                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1388                                              block_end_pfn, zone))
1389                         return;
1390         }
1391
1392         /* We confirm that there is no hole */
1393         zone->contiguous = true;
1394 }
1395
1396 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1397 {
1398         zone->contiguous = false;
1399 }
1400
1401 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1402 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1403                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1404 {
1405         int i;
1406
1407         if (!page)
1408                 return;
1409
1410         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1411         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1412             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1413                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1414                 __free_pages_boot_core(page, MAX_ORDER-1);
1415                 return;
1416         }
1417
1418         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++)
1419                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1420 }
1421
1422 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1423 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1424 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1425
1426 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1427 {
1428         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1429                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1430 }
1431
1432 /* Initialise remaining memory on a node */
1433 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1434 {
1435         pg_data_t *pgdat = data;
1436         int nid = pgdat->node_id;
1437         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1438         unsigned long start = jiffies;
1439         unsigned long nr_pages = 0;
1440         unsigned long walk_start, walk_end;
1441         int i, zid;
1442         struct zone *zone;
1443         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1444         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1445
1446         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1447                 pgdat_init_report_one_done();
1448                 return 0;
1449         }
1450
1451         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1452         if (!cpumask_empty(cpumask))
1453                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1454
1455         /* Sanity check boundaries */
1456         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1457         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1458         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1459
1460         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1461         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1462                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1463                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1464                         break;
1465         }
1466
1467         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1468                 unsigned long pfn, end_pfn;
1469                 struct page *page = NULL;
1470                 struct page *free_base_page = NULL;
1471                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1472                 int nr_to_free = 0;
1473
1474                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1475                 pfn = first_init_pfn;
1476                 if (pfn < walk_start)
1477                         pfn = walk_start;
1478                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1479                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1480
1481                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1482                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1483                                 goto free_range;
1484
1485                         /*
1486                          * Ensure pfn_valid is checked every
1487                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1488                          */
1489                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1490                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1491                                         page = NULL;
1492                                         goto free_range;
1493                                 }
1494                         }
1495
1496                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1497                                 page = NULL;
1498                                 goto free_range;
1499                         }
1500
1501                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1502                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1503                                 page++;
1504                         } else {
1505                                 nr_pages += nr_to_free;
1506                                 deferred_free_range(free_base_page,
1507                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1508                                 free_base_page = NULL;
1509                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1510
1511                                 page = pfn_to_page(pfn);
1512                                 cond_resched();
1513                         }
1514
1515                         if (page->flags) {
1516                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1517                                 goto free_range;
1518                         }
1519
1520                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1521                         if (!free_base_page) {
1522                                 free_base_page = page;
1523                                 free_base_pfn = pfn;
1524                                 nr_to_free = 0;
1525                         }
1526                         nr_to_free++;
1527
1528                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1529                         continue;
1530 free_range:
1531                         /* Free the current block of pages to allocator */
1532                         nr_pages += nr_to_free;
1533                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1534                                                                 nr_to_free);
1535                         free_base_page = NULL;
1536                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1537                 }
1538
1539                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1540         }
1541
1542         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1543         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1544
1545         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1546                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1547
1548         pgdat_init_report_one_done();
1549         return 0;
1550 }
1551 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1552
1553 void __init page_alloc_init_late(void)
1554 {
1555         struct zone *zone;
1556
1557 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1558         int nid;
1559
1560         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1561         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1562         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1563                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1564         }
1565
1566         /* Block until all are initialised */
1567         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1568
1569         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1570         files_maxfiles_init();
1571 #endif
1572
1573         for_each_populated_zone(zone)
1574                 set_zone_contiguous(zone);
1575 }
1576
1577 #ifdef CONFIG_CMA
1578 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1579 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1580 {
1581         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1582         struct page *p = page;
1583
1584         do {
1585                 __ClearPageReserved(p);
1586                 set_page_count(p, 0);
1587         } while (++p, --i);
1588
1589         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1590
1591         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1592                 i = pageblock_nr_pages;
1593                 p = page;
1594                 do {
1595                         set_page_refcounted(p);
1596                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1597                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1598                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1599         } else {
1600                 set_page_refcounted(page);
1601                 __free_pages(page, pageblock_order);
1602         }
1603
1604         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1605 }
1606 #endif
1607
1608 /*
1609  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1610  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1611  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1612  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1613  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1614  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1615  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1616  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1617  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1618  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1619  *
1620  * -- nyc
1621  */
1622 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1623         int low, int high, struct free_area *area,
1624         int migratetype)
1625 {
1626         unsigned long size = 1 << high;
1627
1628         while (high > low) {
1629                 area--;
1630                 high--;
1631                 size >>= 1;
1632                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1633
1634                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1635                         debug_guardpage_enabled() &&
1636                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1637                         /*
1638                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1639                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1640                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1641                          * pages will stay not present in virtual address space
1642                          */
1643                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1644                         continue;
1645                 }
1646                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1647                 area->nr_free++;
1648                 set_page_order(&page[size], high);
1649         }
1650 }
1651
1652 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1653 {
1654         const char *bad_reason = NULL;
1655         unsigned long bad_flags = 0;
1656
1657         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1658                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1659         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1660                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1661         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1662                 bad_reason = "nonzero _count";
1663         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1664                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1665                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1666                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1667                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1668                 return;
1669         }
1670         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1671                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1672                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1673         }
1674 #ifdef CONFIG_MEMCG
1675         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1676                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1677 #endif
1678         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1679 }
1680
1681 /*
1682  * This page is about to be returned from the page allocator
1683  */
1684 static inline int check_new_page(struct page *page)
1685 {
1686         if (likely(page_expected_state(page,
1687                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1688                 return 0;
1689
1690         check_new_page_bad(page);
1691         return 1;
1692 }
1693
1694 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1695 {
1696         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1697                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1698 }
1699
1700 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1701 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1702 {
1703         return false;
1704 }
1705
1706 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1707 {
1708         return check_new_page(page);
1709 }
1710 #else
1711 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1712 {
1713         return check_new_page(page);
1714 }
1715 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1716 {
1717         return false;
1718 }
1719 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1720
1721 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1722 {
1723         int i;
1724         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1725                 struct page *p = page + i;
1726
1727                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1728                         return true;
1729         }
1730
1731         return false;
1732 }
1733
1734 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1735                                 gfp_t gfp_flags)
1736 {
1737         set_page_private(page, 0);
1738         set_page_refcounted(page);
1739
1740         arch_alloc_page(page, order);
1741         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1742         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1743         kasan_alloc_pages(page, order);
1744         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1745 }
1746
1747 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1748                                                         unsigned int alloc_flags)
1749 {
1750         int i;
1751         bool poisoned = true;
1752
1753         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1754                 struct page *p = page + i;
1755                 if (poisoned)
1756                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1757         }
1758
1759         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1760
1761         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1762                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1763                         clear_highpage(page + i);
1764
1765         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1766                 prep_compound_page(page, order);
1767
1768         /*
1769          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1770          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1771          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1772          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1773          */
1774         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1775                 set_page_pfmemalloc(page);
1776         else
1777                 clear_page_pfmemalloc(page);
1778 }
1779
1780 /*
1781  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1782  * the smallest available page from the freelists
1783  */
1784 static inline
1785 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1786                                                 int migratetype)
1787 {
1788         unsigned int current_order;
1789         struct free_area *area;
1790         struct page *page;
1791
1792         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1793         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1794                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1795                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1796                                                         struct page, lru);
1797                 if (!page)
1798                         continue;
1799                 list_del(&page->lru);
1800                 rmv_page_order(page);
1801                 area->nr_free--;
1802                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1803                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1804                 return page;
1805         }
1806
1807         return NULL;
1808 }
1809
1810
1811 /*
1812  * This array describes the order lists are fallen back to when
1813  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1814  */
1815 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1816         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1817         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1818         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1819 #ifdef CONFIG_CMA
1820         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1821 #endif
1822 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1823         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1824 #endif
1825 };
1826
1827 #ifdef CONFIG_CMA
1828 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1829                                         unsigned int order)
1830 {
1831         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1832 }
1833 #else
1834 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1835                                         unsigned int order) { return NULL; }
1836 #endif
1837
1838 /*
1839  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1840  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1841  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1842  */
1843 int move_freepages(struct zone *zone,
1844                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1845                           int migratetype)
1846 {
1847         struct page *page;
1848         unsigned int order;
1849         int pages_moved = 0;
1850
1851 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1852         /*
1853          * page_zone is not safe to call in this context when
1854          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1855          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1856          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1857          * grouping pages by mobility
1858          */
1859         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1860 #endif
1861
1862         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1863                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1864                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1865
1866                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1867                         page++;
1868                         continue;
1869                 }
1870
1871                 if (!PageBuddy(page)) {
1872                         page++;
1873                         continue;
1874                 }
1875
1876                 order = page_order(page);
1877                 list_move(&page->lru,
1878                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1879                 page += 1 << order;
1880                 pages_moved += 1 << order;
1881         }
1882
1883         return pages_moved;
1884 }
1885
1886 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1887                                 int migratetype)
1888 {
1889         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1890         struct page *start_page, *end_page;
1891
1892         start_pfn = page_to_pfn(page);
1893         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1894         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1895         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1896         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1897
1898         /* Do not cross zone boundaries */
1899         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1900                 start_page = page;
1901         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1902                 return 0;
1903
1904         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1905 }
1906
1907 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1908                                         int start_order, int migratetype)
1909 {
1910         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1911
1912         while (nr_pageblocks--) {
1913                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1914                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1915         }
1916 }
1917
1918 /*
1919  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1920  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1921  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1922  *
1923  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1924  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1925  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1926  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1927  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1928  * pageblocks.
1929  */
1930 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1931 {
1932         /*
1933          * Leaving this order check is intended, although there is
1934          * relaxed order check in next check. The reason is that
1935          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1936          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1937          * so could be changed anytime.
1938          */
1939         if (order >= pageblock_order)
1940                 return true;
1941
1942         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1943                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1944                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1945                 page_group_by_mobility_disabled)
1946                 return true;
1947
1948         return false;
1949 }
1950
1951 /*
1952  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1953  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1954  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1955  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1956  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1957  */
1958 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1959                                                           int start_type)
1960 {
1961         unsigned int current_order = page_order(page);
1962         int pages;
1963
1964         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1965         if (current_order >= pageblock_order) {
1966                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1967                 return;
1968         }
1969
1970         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1971
1972         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1973         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1974                         page_group_by_mobility_disabled)
1975                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1976 }
1977
1978 /*
1979  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1980  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1981  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1982  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1983  */
1984 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1985                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1986 {
1987         int i;
1988         int fallback_mt;
1989
1990         if (area->nr_free == 0)
1991                 return -1;
1992
1993         *can_steal = false;
1994         for (i = 0;; i++) {
1995                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1996                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1997                         break;
1998
1999                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2000                         continue;
2001
2002                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2003                         *can_steal = true;
2004
2005                 if (!only_stealable)
2006                         return fallback_mt;
2007
2008                 if (*can_steal)
2009                         return fallback_mt;
2010         }
2011
2012         return -1;
2013 }
2014
2015 /*
2016  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2017  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2018  */
2019 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2020                                 unsigned int alloc_order)
2021 {
2022         int mt;
2023         unsigned long max_managed, flags;
2024
2025         /*
2026          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2027          * Check is race-prone but harmless.
2028          */
2029         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2030         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2031                 return;
2032
2033         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2034
2035         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2036         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2037                 goto out_unlock;
2038
2039         /* Yoink! */
2040         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2041         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2042                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2043                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2044                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2045                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2046         }
2047
2048 out_unlock:
2049         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2050 }
2051
2052 /*
2053  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2054  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2055  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2056  * to recover from than an OOM.
2057  */
2058 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
2059 {
2060         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2061         unsigned long flags;
2062         struct zoneref *z;
2063         struct zone *zone;
2064         struct page *page;
2065         int order;
2066
2067         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2068                                                                 ac->nodemask) {
2069                 /* Preserve at least one pageblock */
2070                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
2071                         continue;
2072
2073                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2074                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2075                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2076
2077                         page = list_first_entry_or_null(
2078                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2079                                         struct page, lru);
2080                         if (!page)
2081                                 continue;
2082
2083                         /*
2084                          * It should never happen but changes to locking could
2085                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
2086                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
2087                          * and watch for underflows.
2088                          */
2089                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
2090                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2091
2092                         /*
2093                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2094                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2095                          * is doing the work and needs the pages. More
2096                          * importantly, if the block was always converted to
2097                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2098                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2099                          * may increase.
2100                          */
2101                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2102                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2103                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2104                         return;
2105                 }
2106                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2107         }
2108 }
2109
2110 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2111 static inline struct page *
2112 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2113 {
2114         struct free_area *area;
2115         unsigned int current_order;
2116         struct page *page;
2117         int fallback_mt;
2118         bool can_steal;
2119
2120         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2121         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2122                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2123                                 --current_order) {
2124                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2125                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2126                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2127                 if (fallback_mt == -1)
2128                         continue;
2129
2130                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2131                                                 struct page, lru);
2132                 if (can_steal)
2133                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2134
2135                 /* Remove the page from the freelists */
2136                 area->nr_free--;
2137                 list_del(&page->lru);
2138                 rmv_page_order(page);
2139
2140                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2141                                         start_migratetype);
2142                 /*
2143                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2144                  * migratetype depending on the decisions in
2145                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2146                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2147                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2148                  */
2149                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2150
2151                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2152                         start_migratetype, fallback_mt);
2153
2154                 return page;
2155         }
2156
2157         return NULL;
2158 }
2159
2160 /*
2161  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2162  * Call me with the zone->lock already held.
2163  */
2164 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2165                                 int migratetype)
2166 {
2167         struct page *page;
2168
2169         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2170         if (unlikely(!page)) {
2171                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2172                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2173
2174                 if (!page)
2175                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2176         }
2177
2178         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2179         return page;
2180 }
2181
2182 /*
2183  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2184  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2185  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2186  */
2187 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2188                         unsigned long count, struct list_head *list,
2189                         int migratetype, bool cold)
2190 {
2191         int i;
2192
2193         spin_lock(&zone->lock);
2194         for (i = 0; i < count; ++i) {
2195                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2196                 if (unlikely(page == NULL))
2197                         break;
2198
2199                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2200                         continue;
2201
2202                 /*
2203                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2204                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2205                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2206                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2207                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2208                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2209                  * properly.
2210                  */
2211                 if (likely(!cold))
2212                         list_add(&page->lru, list);
2213                 else
2214                         list_add_tail(&page->lru, list);
2215                 list = &page->lru;
2216                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2217                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2218                                               -(1 << order));
2219         }
2220         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2221         spin_unlock(&zone->lock);
2222         return i;
2223 }
2224
2225 #ifdef CONFIG_NUMA
2226 /*
2227  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2228  * currently executing processor on remote nodes after they have
2229  * expired.
2230  *
2231  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2232  * a single processor.
2233  */
2234 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2235 {
2236         unsigned long flags;
2237         int to_drain, batch;
2238
2239         local_irq_save(flags);
2240         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2241         to_drain = min(pcp->count, batch);
2242         if (to_drain > 0) {
2243                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2244                 pcp->count -= to_drain;
2245         }
2246         local_irq_restore(flags);
2247 }
2248 #endif
2249
2250 /*
2251  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2252  *
2253  * The processor must either be the current processor and the
2254  * thread pinned to the current processor or a processor that
2255  * is not online.
2256  */
2257 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2258 {
2259         unsigned long flags;
2260         struct per_cpu_pageset *pset;
2261         struct per_cpu_pages *pcp;
2262
2263         local_irq_save(flags);
2264         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2265
2266         pcp = &pset->pcp;
2267         if (pcp->count) {
2268                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2269                 pcp->count = 0;
2270         }
2271         local_irq_restore(flags);
2272 }
2273
2274 /*
2275  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2276  *
2277  * The processor must either be the current processor and the
2278  * thread pinned to the current processor or a processor that
2279  * is not online.
2280  */
2281 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2282 {
2283         struct zone *zone;
2284
2285         for_each_populated_zone(zone) {
2286                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2287         }
2288 }
2289
2290 /*
2291  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2292  *
2293  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2294  * the single zone's pages.
2295  */
2296 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2297 {
2298         int cpu = smp_processor_id();
2299
2300         if (zone)
2301                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2302         else
2303                 drain_pages(cpu);
2304 }
2305
2306 /*
2307  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2308  *
2309  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2310  *
2311  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2312  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2313  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2314  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2315  * before the call to on_each_cpu_mask().
2316  */
2317 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2318 {
2319         int cpu;
2320
2321         /*
2322          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2323          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2324          */
2325         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2326
2327         /*
2328          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2329          * as offline notification will cause the notified
2330          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2331          * disables preemption as part of its processing
2332          */
2333         for_each_online_cpu(cpu) {
2334                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2335                 struct zone *z;
2336                 bool has_pcps = false;
2337
2338                 if (zone) {
2339                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2340                         if (pcp->pcp.count)
2341                                 has_pcps = true;
2342                 } else {
2343                         for_each_populated_zone(z) {
2344                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2345                                 if (pcp->pcp.count) {
2346                                         has_pcps = true;
2347                                         break;
2348                                 }
2349                         }
2350                 }
2351
2352                 if (has_pcps)
2353                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2354                 else
2355                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2356         }
2357         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2358                                                                 zone, 1);
2359 }
2360
2361 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2362
2363 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2364 {
2365         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2366         unsigned long flags;
2367         unsigned int order, t;
2368         struct page *page;
2369
2370         if (zone_is_empty(zone))
2371                 return;
2372
2373         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2374
2375         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2376         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2377                 if (pfn_valid(pfn)) {
2378                         page = pfn_to_page(pfn);
2379
2380                         if (page_zone(page) != zone)
2381                                 continue;
2382
2383                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2384                                 swsusp_unset_page_free(page);
2385                 }
2386
2387         for_each_migratetype_order(order, t) {
2388                 list_for_each_entry(page,
2389                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2390                         unsigned long i;
2391
2392                         pfn = page_to_pfn(page);
2393                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2394                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2395                 }
2396         }
2397         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2398 }
2399 #endif /* CONFIG_PM */
2400
2401 /*
2402  * Free a 0-order page
2403  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2404  */
2405 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2406 {
2407         struct zone *zone = page_zone(page);
2408         struct per_cpu_pages *pcp;
2409         unsigned long flags;
2410         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2411         int migratetype;
2412
2413         if (!free_pcp_prepare(page))
2414                 return;
2415
2416         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2417         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2418         local_irq_save(flags);
2419         __count_vm_event(PGFREE);
2420
2421         /*
2422          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2423          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2424          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2425          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2426          * excessively into the page allocator
2427          */
2428         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2429                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2430                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2431                         goto out;
2432                 }
2433                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2434         }
2435
2436         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2437         if (!cold)
2438                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2439         else
2440                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2441         pcp->count++;
2442         if (pcp->count >= pcp->high) {
2443                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2444                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2445                 pcp->count -= batch;
2446         }
2447
2448 out:
2449         local_irq_restore(flags);
2450 }
2451
2452 /*
2453  * Free a list of 0-order pages
2454  */
2455 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2456 {
2457         struct page *page, *next;
2458
2459         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2460                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2461                 free_hot_cold_page(page, cold);
2462         }
2463 }
2464
2465 /*
2466  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2467  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2468  * Each sub-page must be freed individually.
2469  *
2470  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2471  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2472  */
2473 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2474 {
2475         int i;
2476
2477         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2478         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2479
2480 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2481         /*
2482          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2483          * otherwise free the whole shadow.
2484          */
2485         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2486                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2487 #endif
2488
2489         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2490                 set_page_refcounted(page + i);
2491         split_page_owner(page, order);
2492 }
2493 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2494
2495 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2496 {
2497         unsigned long watermark;
2498         struct zone *zone;
2499         int mt;
2500
2501         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2502
2503         zone = page_zone(page);
2504         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2505
2506         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2507                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2508                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2509                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2510                         return 0;
2511
2512                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2513         }
2514
2515         /* Remove page from free list */
2516         list_del(&page->lru);
2517         zone->free_area[order].nr_free--;
2518         rmv_page_order(page);
2519
2520         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2521         if (order >= pageblock_order - 1) {
2522                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2523                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2524                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2525                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2526                                 set_pageblock_migratetype(page,
2527                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2528                 }
2529         }
2530
2531
2532         return 1UL << order;
2533 }
2534
2535 /*
2536  * Update NUMA hit/miss statistics
2537  *
2538  * Must be called with interrupts disabled.
2539  *
2540  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2541  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2542  * memory on behalf of other processes.
2543  */
2544 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2545                                                                 gfp_t flags)
2546 {
2547 #ifdef CONFIG_NUMA
2548         int local_nid = numa_node_id();
2549         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2550
2551         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2552                 local_stat = NUMA_OTHER;
2553                 local_nid = preferred_zone->node;
2554         }
2555
2556         if (z->node == local_nid) {
2557                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2558                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2559         } else {
2560                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2561                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2562         }
2563 #endif
2564 }
2565
2566 /*
2567  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2568  */
2569 static inline
2570 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2571                         struct zone *zone, unsigned int order,
2572                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2573                         int migratetype)
2574 {
2575         unsigned long flags;
2576         struct page *page;
2577         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2578
2579         if (likely(order == 0)) {
2580                 struct per_cpu_pages *pcp;
2581                 struct list_head *list;
2582
2583                 local_irq_save(flags);
2584                 do {
2585                         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2586                         list = &pcp->lists[migratetype];
2587                         if (list_empty(list)) {
2588                                 pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2589                                                 pcp->batch, list,
2590                                                 migratetype, cold);
2591                                 if (unlikely(list_empty(list)))
2592                                         goto failed;
2593                         }
2594
2595                         if (cold)
2596                                 page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2597                         else
2598                                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2599
2600                         __dec_zone_state(zone, NR_ALLOC_BATCH);
2601                         list_del(&page->lru);
2602                         pcp->count--;
2603
2604                 } while (check_new_pcp(page));
2605         } else {
2606                 /*
2607                  * We most definitely don't want callers attempting to
2608                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2609                  */
2610                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2611                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2612
2613                 do {
2614                         page = NULL;
2615                         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2616                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2617                                 if (page)
2618                                         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2619                         }
2620                         if (!page)
2621                                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2622                 } while (page && check_new_pages(page, order));
2623                 spin_unlock(&zone->lock);
2624                 if (!page)
2625                         goto failed;
2626                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2627                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2628                                           get_pcppage_migratetype(page));
2629         }
2630
2631         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2632             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2633                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2634
2635         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2636         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2637         local_irq_restore(flags);
2638
2639         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2640         return page;
2641
2642 failed:
2643         local_irq_restore(flags);
2644         return NULL;
2645 }
2646
2647 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2648
2649 static struct {
2650         struct fault_attr attr;
2651
2652         bool ignore_gfp_highmem;
2653         bool ignore_gfp_reclaim;
2654         u32 min_order;
2655 } fail_page_alloc = {
2656         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2657         .ignore_gfp_reclaim = true,
2658         .ignore_gfp_highmem = true,
2659         .min_order = 1,
2660 };
2661
2662 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2663 {
2664         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2665 }
2666 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2667
2668 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2669 {
2670         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2671                 return false;
2672         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2673                 return false;
2674         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2675                 return false;
2676         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2677                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2678                 return false;
2679
2680         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2681 }
2682
2683 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2684
2685 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2686 {
2687         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2688         struct dentry *dir;
2689
2690         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2691                                         &fail_page_alloc.attr);
2692         if (IS_ERR(dir))
2693                 return PTR_ERR(dir);
2694
2695         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2696                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2697                 goto fail;
2698         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2699                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2700                 goto fail;
2701         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2702                                 &fail_page_alloc.min_order))
2703                 goto fail;
2704
2705         return 0;
2706 fail:
2707         debugfs_remove_recursive(dir);
2708
2709         return -ENOMEM;
2710 }
2711
2712 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2713
2714 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2715
2716 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2717
2718 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2719 {
2720         return false;
2721 }
2722
2723 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2724
2725 /*
2726  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2727  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2728  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2729  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2730  */
2731 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2732                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2733                          long free_pages)
2734 {
2735         long min = mark;
2736         int o;
2737         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2738
2739         /* free_pages may go negative - that's OK */
2740         free_pages -= (1 << order) - 1;
2741
2742         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2743                 min -= min / 2;
2744
2745         /*
2746          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2747          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2748          * atomic reserve but it avoids a search.
2749          */
2750         if (likely(!alloc_harder))
2751                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2752         else
2753                 min -= min / 4;
2754
2755 #ifdef CONFIG_CMA
2756         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2757         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2758                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2759 #endif
2760
2761         /*
2762          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2763          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2764          * even if a suitable page happened to be free.
2765          */
2766         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2767                 return false;
2768
2769         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2770         if (!order)
2771                 return true;
2772
2773         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2774         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2775                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2776                 int mt;
2777
2778                 if (!area->nr_free)
2779                         continue;
2780
2781                 if (alloc_harder)
2782                         return true;
2783
2784                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2785                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2786                                 return true;
2787                 }
2788
2789 #ifdef CONFIG_CMA
2790                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2791                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2792                         return true;
2793                 }
2794 #endif
2795         }
2796         return false;
2797 }
2798
2799 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2800                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2801 {
2802         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2803                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2804 }
2805
2806 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2807                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2808 {
2809         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2810         long cma_pages = 0;
2811
2812 #ifdef CONFIG_CMA
2813         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2814         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2815                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2816 #endif
2817
2818         /*
2819          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2820          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2821          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2822          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2823          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2824          */
2825         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2826                 return true;
2827
2828         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2829                                         free_pages);
2830 }
2831
2832 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2833                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2834 {
2835         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2836
2837         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2838                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2839
2840         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2841                                                                 free_pages);
2842 }
2843
2844 #ifdef CONFIG_NUMA
2845 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2846 {
2847         return local_zone->node == zone->node;
2848 }
2849
2850 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2851 {
2852         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2853                                 RECLAIM_DISTANCE;
2854 }
2855 #else   /* CONFIG_NUMA */
2856 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2857 {
2858         return true;
2859 }
2860
2861 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2862 {
2863         return true;
2864 }
2865 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2866
2867 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2868 {
2869         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2870
2871         do {
2872                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2873                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2874                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2875                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2876         } while (zone++ != preferred_zone);
2877 }
2878
2879 /*
2880  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2881  * a page.
2882  */
2883 static struct page *
2884 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2885                                                 const struct alloc_context *ac)
2886 {
2887         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2888         struct zone *zone;
2889         bool fair_skipped = false;
2890         bool apply_fair = (alloc_flags & ALLOC_FAIR);
2891
2892 zonelist_scan:
2893         /*
2894          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2895          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2896          */
2897         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2898                                                                 ac->nodemask) {
2899                 struct page *page;
2900                 unsigned long mark;
2901
2902                 if (cpusets_enabled() &&
2903                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2904                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2905                                 continue;
2906                 /*
2907                  * Distribute pages in proportion to the individual
2908                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2909                  * page was allocated in should have no effect on the
2910                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2911                  */
2912                 if (apply_fair) {
2913                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2914                                 fair_skipped = true;
2915                                 continue;
2916                         }
2917                         if (!zone_local(ac->preferred_zoneref->zone, zone)) {
2918                                 if (fair_skipped)
2919                                         goto reset_fair;
2920                                 apply_fair = false;
2921                         }
2922                 }
2923                 /*
2924                  * When allocating a page cache page for writing, we
2925                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2926                  * limit, such that no single zone holds more than its
2927                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2928                  * The dirty limits take into account the zone's
2929                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2930                  * should be able to balance it without having to
2931                  * write pages from its LRU list.
2932                  *
2933                  * This may look like it could increase pressure on
2934                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2935                  * before they are full.  But the pages that do spill
2936                  * over are limited as the lower zones are protected
2937                  * by this very same mechanism.  It should not become
2938                  * a practical burden to them.
2939                  *
2940                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2941                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2942                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2943                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2944                  * zones are together not big enough to reach the
2945                  * global limit.  The proper fix for these situations
2946                  * will require awareness of zones in the
2947                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2948                  */
2949                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2950                         continue;
2951
2952                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2953                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
2954                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
2955                         int ret;
2956
2957                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2958                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2959                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2960                                 goto try_this_zone;
2961
2962                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2963                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
2964                                 continue;
2965
2966                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2967                         switch (ret) {
2968                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2969                                 /* did not scan */
2970                                 continue;
2971                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2972                                 /* scanned but unreclaimable */
2973                                 continue;
2974                         default:
2975                                 /* did we reclaim enough */
2976                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2977                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
2978                                         goto try_this_zone;
2979
2980                                 continue;
2981                         }
2982                 }
2983
2984 try_this_zone:
2985                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
2986                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2987                 if (page) {
2988                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
2989
2990                         /*
2991                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2992                          * if the pageblock should be reserved for the future
2993                          */
2994                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2995                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2996
2997                         return page;
2998                 }
2999         }
3000
3001         /*
3002          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
3003          * local node.  However, the local node might have free pages left
3004          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
3005          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
3006          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
3007          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
3008          */
3009         if (fair_skipped) {
3010 reset_fair:
3011                 apply_fair = false;
3012                 fair_skipped = false;
3013                 reset_alloc_batches(ac->preferred_zoneref->zone);
3014                 z = ac->preferred_zoneref;
3015                 goto zonelist_scan;
3016         }
3017
3018         return NULL;
3019 }
3020
3021 /*
3022  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3023  * meminfo in irq context.
3024  */
3025 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3026 {
3027         bool ret = false;
3028
3029 #if NODES_SHIFT > 8
3030         ret = in_interrupt();
3031 #endif
3032         return ret;
3033 }
3034
3035 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
3036                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3037                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3038
3039 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
3040 {
3041         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3042
3043         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3044             debug_guardpage_minorder() > 0)
3045                 return;
3046
3047         /*
3048          * This documents exceptions given to allocations in certain
3049          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3050          * of allowed nodes.
3051          */
3052         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3053                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3054                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3055                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3056         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3057                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3058
3059         if (fmt) {
3060                 struct va_format vaf;
3061                 va_list args;
3062
3063                 va_start(args, fmt);
3064
3065                 vaf.fmt = fmt;
3066                 vaf.va = &args;
3067
3068                 pr_warn("%pV", &vaf);
3069
3070                 va_end(args);
3071         }
3072
3073         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
3074                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
3075         dump_stack();
3076         if (!should_suppress_show_mem())
3077                 show_mem(filter);
3078 }
3079
3080 static inline struct page *
3081 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3082         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3083 {
3084         struct oom_control oc = {
3085                 .zonelist = ac->zonelist,
3086                 .nodemask = ac->nodemask,
3087                 .memcg = NULL,
3088                 .gfp_mask = gfp_mask,
3089                 .order = order,
3090         };
3091         struct page *page;
3092
3093         *did_some_progress = 0;
3094
3095         /*
3096          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3097          * making progress for us.
3098          */
3099         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3100                 *did_some_progress = 1;
3101                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3102                 return NULL;
3103         }
3104
3105         /*
3106          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3107          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3108          * we're still under heavy pressure.
3109          */
3110         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3111                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3112         if (page)
3113                 goto out;
3114
3115         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3116                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3117                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3118                         goto out;
3119                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3120                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3121                         goto out;
3122                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3123                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3124                         goto out;
3125                 if (pm_suspended_storage())
3126                         goto out;
3127                 /*
3128                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3129                  * other request to make a forward progress.
3130                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3131                  * do much for this context but let's try it to at least get
3132                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
3133                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3134                  * failures more gracefully we should just bail out here.
3135                  */
3136
3137                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3138                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3139                         goto out;
3140         }
3141         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3142         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3143                 *did_some_progress = 1;
3144
3145                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3146                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3147                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
3148                         /*
3149                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3150                          * are depleted
3151                          */
3152                         if (!page)
3153                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3154                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3155                 }
3156         }
3157 out:
3158         mutex_unlock(&oom_lock);
3159         return page;
3160 }
3161
3162
3163 /*
3164  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3165  * killer is consider as the only way to move forward.
3166  */
3167 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3168
3169 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3170 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3171 static struct page *
3172 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3173                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3174                 enum migrate_mode mode, enum compact_result *compact_result)
3175 {
3176         struct page *page;
3177         int contended_compaction;
3178
3179         if (!order)
3180                 return NULL;
3181
3182         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3183         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3184                                                 mode, &contended_compaction);
3185         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3186
3187         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3188                 return NULL;
3189
3190         /*
3191          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3192          * count a compaction stall
3193          */
3194         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3195
3196         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3197                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3198
3199         if (page) {
3200                 struct zone *zone = page_zone(page);
3201
3202                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3203                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3204                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3205                 return page;
3206         }
3207
3208         /*
3209          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3210          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3211          */
3212         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3213
3214         /*
3215          * In all zones where compaction was attempted (and not
3216          * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3217          * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3218          * so we fallback to base pages instead.
3219          */
3220         if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3221                 *compact_result = COMPACT_CONTENDED;
3222
3223         /*
3224          * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3225          * want to further increase allocation latency, unless it is
3226          * khugepaged trying to collapse.
3227          */
3228         if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3229                 && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3230                 *compact_result = COMPACT_CONTENDED;
3231
3232         cond_resched();
3233
3234         return NULL;
3235 }
3236
3237 static inline bool
3238 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3239                      enum compact_result compact_result, enum migrate_mode *migrate_mode,
3240                      int compaction_retries)
3241 {
3242         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3243
3244         if (!order)
3245                 return false;
3246
3247         /*
3248          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3249          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3250          * failure could be caused by weak migration mode.
3251          */
3252         if (compaction_failed(compact_result)) {
3253                 if (*migrate_mode == MIGRATE_ASYNC) {
3254                         *migrate_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3255                         return true;
3256                 }
3257                 return false;
3258         }
3259
3260         /*
3261          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3262          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3263          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3264          * compaction.
3265          */
3266         if (compaction_withdrawn(compact_result))
3267                 return compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3268
3269         /*
3270          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3271          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3272          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3273          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3274          * would need much more detailed feedback from compaction to
3275          * make a better decision.
3276          */
3277         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3278                 max_retries /= 4;
3279         if (compaction_retries <= max_retries)
3280                 return true;
3281
3282         return false;
3283 }
3284 #else
3285 static inline struct page *
3286 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3287                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3288                 enum migrate_mode mode, enum compact_result *compact_result)
3289 {
3290         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3291         return NULL;
3292 }
3293
3294 static inline bool
3295 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3296                      enum compact_result compact_result,
3297                      enum migrate_mode *migrate_mode,
3298                      int compaction_retries)
3299 {
3300         struct zone *zone;
3301         struct zoneref *z;
3302
3303         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3304                 return false;
3305
3306         /*
3307          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3308          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3309          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3310          * watermarks are OK.
3311          */
3312         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3313                                         ac->nodemask) {
3314                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3315                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3316                         return true;
3317         }
3318         return false;
3319 }
3320 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3321
3322 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3323 static int
3324 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3325                                         const struct alloc_context *ac)
3326 {
3327         struct reclaim_state reclaim_state;
3328         int progress;
3329
3330         cond_resched();
3331
3332         /* We now go into synchronous reclaim */
3333         cpuset_memory_pressure_bump();
3334         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3335         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3336         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3337         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3338
3339         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3340                                                                 ac->nodemask);
3341
3342         current->reclaim_state = NULL;
3343         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3344         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3345
3346         cond_resched();
3347
3348         return progress;
3349 }
3350
3351 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3352 static inline struct page *
3353 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3354                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3355                 unsigned long *did_some_progress)
3356 {
3357         struct page *page = NULL;
3358         bool drained = false;
3359
3360         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3361         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3362                 return NULL;
3363
3364 retry:
3365         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3366                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3367
3368         /*
3369          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3370          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3371          * Shrink them them and try again
3372          */
3373         if (!page && !drained) {
3374                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3375                 drain_all_pages(NULL);
3376                 drained = true;
3377                 goto retry;
3378         }
3379
3380         return page;
3381 }
3382
3383 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3384 {
3385         struct zoneref *z;
3386         struct zone *zone;
3387
3388         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3389                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
3390                 wakeup_kswapd(zone, order, ac_classzone_idx(ac));
3391 }
3392
3393 static inline unsigned int
3394 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3395 {
3396         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3397
3398         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3399         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3400
3401         /*
3402          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3403          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3404          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3405          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3406          */
3407         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3408
3409         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3410                 /*
3411                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3412                  * if it can't schedule.
3413                  */
3414                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3415                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3416                 /*
3417                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3418                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3419                  */
3420                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3421         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3422                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3423
3424         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3425                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3426                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3427                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3428                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3429                 else if (!in_interrupt() &&
3430                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3431                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3432                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3433         }
3434 #ifdef CONFIG_CMA
3435         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3436                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3437 #endif
3438         return alloc_flags;
3439 }
3440
3441 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3442 {
3443         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3444 }
3445
3446 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3447 {
3448         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3449 }
3450
3451 /*
3452  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3453  * is consider as the only way to move forward.
3454  */
3455 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3456
3457 /*
3458  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3459  * for the given allocation request.
3460  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3461  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3462  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3463  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3464  * no_progress_loops).
3465  *
3466  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3467  */
3468 static inline bool
3469 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3470                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3471                      bool did_some_progress, int no_progress_loops)
3472 {
3473         struct zone *zone;
3474         struct zoneref *z;
3475
3476         /*
3477          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3478          * several times in the row.
3479          */
3480         if (no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3481                 return false;
3482
3483         /*
3484          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead somewhere.
3485          * If none of the target zones can satisfy our allocation request even
3486          * if all reclaimable pages are considered then we are screwed and have
3487          * to go OOM.
3488          */
3489         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3490                                         ac->nodemask) {
3491                 unsigned long available;
3492                 unsigned long reclaimable;
3493
3494                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3495                 available -= DIV_ROUND_UP(no_progress_loops * available,
3496                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3497                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3498
3499                 /*
3500                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3501                  * available?
3502                  */
3503                 if (__zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark_pages(zone),
3504                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available)) {
3505                         /*
3506                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3507                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3508                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3509                          * prevent from pre mature OOM
3510                          */
3511                         if (!did_some_progress) {
3512                                 unsigned long writeback;
3513                                 unsigned long dirty;
3514
3515                                 writeback = zone_page_state_snapshot(zone,
3516                                                                      NR_WRITEBACK);
3517                                 dirty = zone_page_state_snapshot(zone, NR_FILE_DIRTY);
3518
3519                                 if (2*(writeback + dirty) > reclaimable) {
3520                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3521                                         return true;
3522                                 }
3523                         }
3524
3525                         /*
3526                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3527                          * context and the current implementation of the WQ
3528                          * concurrency control doesn't recognize that
3529                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3530                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3531                          * do a short sleep here rather than calling
3532                          * cond_resched().
3533                          */
3534                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3535                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3536                         else
3537                                 cond_resched();
3538
3539                         return true;
3540                 }
3541         }
3542
3543         return false;
3544 }
3545
3546 static inline struct page *
3547 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3548                                                 struct alloc_context *ac)
3549 {
3550         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3551         struct page *page = NULL;
3552         unsigned int alloc_flags;
3553         unsigned long did_some_progress;
3554         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3555         enum compact_result compact_result;
3556         int compaction_retries = 0;
3557         int no_progress_loops = 0;
3558
3559         /*
3560          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3561          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3562          * be using allocators in order of preference for an area that is
3563          * too large.
3564          */
3565         if (order >= MAX_ORDER) {
3566                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3567                 return NULL;
3568         }
3569
3570         /*
3571          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3572          * callers that are not in atomic context.
3573          */
3574         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3575                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3576                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3577
3578 retry:
3579         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3580                 wake_all_kswapds(order, ac);
3581
3582         /*
3583          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3584          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3585          * to how we want to proceed.
3586          */
3587         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3588
3589         /*
3590          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3591          * These allocations are high priority and system rather than user
3592          * orientated.
3593          */
3594         if ((alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) || !(alloc_flags & ALLOC_CPUSET)) {
3595                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3596                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3597                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3598         }
3599
3600         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3601         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3602                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3603         if (page)
3604                 goto got_pg;
3605
3606         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3607         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3608                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3609                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3610                 if (page)
3611                         goto got_pg;
3612         }
3613
3614         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3615         if (!can_direct_reclaim) {
3616                 /*
3617                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3618                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3619                  * to fail.
3620                  */
3621                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3622                 goto nopage;
3623         }
3624
3625         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3626         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3627                 /*
3628                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3629                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3630                  * for somebody to do a work for us.
3631                  */
3632                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3633                         cond_resched();
3634                         goto retry;
3635                 }
3636                 goto nopage;
3637         }
3638
3639         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3640         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3641                 goto nopage;
3642
3643         /*
3644          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3645          * attempts after direct reclaim are synchronous
3646          */
3647         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3648                                         migration_mode,
3649                                         &compact_result);
3650         if (page)
3651                 goto got_pg;
3652
3653         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3654         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3655                 /*
3656                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3657                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3658                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3659                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3660                  * instead of entering direct reclaim.
3661                  */
3662                 if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3663                         goto nopage;
3664
3665                 /*
3666                  * Compaction is contended so rather back off than cause
3667                  * excessive stalls.
3668                  */
3669                 if(compact_result == COMPACT_CONTENDED)
3670                         goto nopage;
3671         }
3672
3673         if (order && compaction_made_progress(compact_result))
3674                 compaction_retries++;
3675
3676         /* Try direct reclaim and then allocating */
3677         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3678                                                         &did_some_progress);
3679         if (page)
3680                 goto got_pg;
3681
3682         /* Do not loop if specifically requested */
3683         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3684                 goto noretry;
3685
3686         /*
3687          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3688          * __GFP_REPEAT
3689          */
3690         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3691                 goto noretry;
3692
3693         /*
3694          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3695          * their order will become available due to high fragmentation so
3696          * always increment the no progress counter for them
3697          */
3698         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3699                 no_progress_loops = 0;
3700         else
3701                 no_progress_loops++;
3702
3703         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3704                                  did_some_progress > 0, no_progress_loops))
3705                 goto retry;
3706
3707         /*
3708          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3709          * reclaim is not able to make any progress because the current
3710          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3711          * of free memory (see __compaction_suitable)
3712          */
3713         if (did_some_progress > 0 &&
3714                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3715                                 compact_result, &migration_mode,
3716                                 compaction_retries))
3717                 goto retry;
3718
3719         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3720         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3721         if (page)
3722                 goto got_pg;
3723
3724         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3725         if (did_some_progress) {
3726                 no_progress_loops = 0;
3727                 goto retry;
3728         }
3729
3730 noretry:
3731         /*
3732          * High-order allocations do not necessarily loop after direct reclaim
3733          * and reclaim/compaction depends on compaction being called after
3734          * reclaim so call directly if necessary.
3735          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3736          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3737          * khugepaged trying to collapse. All other requests should tolerate
3738          * at least light sync migration.
3739          */
3740         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask) && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3741                 migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3742         else
3743                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3744         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3745                                             ac, migration_mode,
3746                                             &compact_result);
3747         if (page)
3748                 goto got_pg;
3749 nopage:
3750         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3751 got_pg:
3752         return page;
3753 }
3754
3755 /*
3756  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3757  */
3758 struct page *
3759 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3760                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3761 {
3762         struct page *page;
3763         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3764         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_FAIR;
3765         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3766         struct alloc_context ac = {
3767                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3768                 .zonelist = zonelist,
3769                 .nodemask = nodemask,
3770                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3771         };
3772
3773         if (cpusets_enabled()) {
3774                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3775                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3776                 if (!ac.nodemask)
3777                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3778         }
3779
3780         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3781
3782         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3783
3784         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3785
3786         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3787                 return NULL;
3788
3789         /*
3790          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3791          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3792          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3793          */
3794         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3795                 return NULL;
3796
3797         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3798                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3799
3800 retry_cpuset:
3801         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3802
3803         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3804         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3805
3806         /*
3807          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3808          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3809          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3810          */
3811         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3812                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3813         if (!ac.preferred_zoneref) {
3814                 page = NULL;
3815                 goto no_zone;
3816         }
3817
3818         /* First allocation attempt */
3819         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3820         if (likely(page))
3821                 goto out;
3822
3823         /*
3824          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3825          * because I/O on the device might not complete.
3826          */
3827         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3828         ac.spread_dirty_pages = false;
3829
3830         /*
3831          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3832          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3833          */
3834         if (cpusets_enabled())
3835                 ac.nodemask = nodemask;
3836         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3837
3838 no_zone:
3839         /*
3840          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3841          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3842          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3843          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3844          */
3845         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3846                 alloc_mask = gfp_mask;
3847                 goto retry_cpuset;
3848         }
3849
3850 out:
3851         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page) {
3852                 if (unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order))) {
3853                         __free_pages(page, order);
3854                         page = NULL;
3855                 } else
3856                         __SetPageKmemcg(page);
3857         }
3858
3859         if (kmemcheck_enabled && page)
3860                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3861
3862         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3863
3864         return page;
3865 }
3866 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3867
3868 /*
3869  * Common helper functions.
3870  */
3871 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3872 {
3873         struct page *page;
3874
3875         /*
3876          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3877          * a highmem page
3878          */
3879         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3880
3881         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3882         if (!page)
3883                 return 0;
3884         return (unsigned long) page_address(page);
3885 }
3886 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3887
3888 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3889 {
3890         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3891 }
3892 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3893
3894 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3895 {
3896         if (put_page_testzero(page)) {
3897                 if (order == 0)
3898                         free_hot_cold_page(page, false);
3899                 else
3900                         __free_pages_ok(page, order);
3901         }
3902 }
3903
3904 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3905
3906 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3907 {
3908         if (addr != 0) {
3909                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3910                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3911         }
3912 }
3913
3914 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3915
3916 /*
3917  * Page Fragment:
3918  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3919  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3920  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3921  *
3922  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3923  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3924  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3925  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3926  */
3927 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3928                                        gfp_t gfp_mask)
3929 {
3930         struct page *page = NULL;
3931         gfp_t gfp = gfp_mask;
3932
3933 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3934         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3935                     __GFP_NOMEMALLOC;
3936         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3937                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3938         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3939 #endif
3940         if (unlikely(!page))
3941                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3942
3943         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3944
3945         return page;
3946 }
3947
3948 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3949                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3950 {
3951         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3952         struct page *page;
3953         int offset;
3954
3955         if (unlikely(!nc->va)) {
3956 refill:
3957                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3958                 if (!page)
3959                         return NULL;
3960
3961 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3962                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3963                 size = nc->size;
3964 #endif
3965                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3966                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3967                  */
3968                 page_ref_add(page, size - 1);
3969
3970                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3971                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3972                 nc->pagecnt_bias = size;
3973                 nc->offset = size;
3974         }
3975
3976         offset = nc->offset - fragsz;
3977         if (unlikely(offset < 0)) {
3978                 page = virt_to_page(nc->va);
3979
3980                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3981                         goto refill;
3982
3983 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3984                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3985                 size = nc->size;
3986 #endif
3987                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3988                 set_page_count(page, size);
3989
3990                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3991                 nc->pagecnt_bias = size;
3992                 offset = size - fragsz;
3993         }
3994
3995         nc->pagecnt_bias--;
3996         nc->offset = offset;
3997
3998         return nc->va + offset;
3999 }
4000 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
4001
4002 /*
4003  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4004  */
4005 void __free_page_frag(void *addr)
4006 {
4007         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4008
4009         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4010                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4011 }
4012 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
4013
4014 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4015                 size_t size)
4016 {
4017         if (addr) {
4018                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4019                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4020
4021                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4022                 while (used < alloc_end) {
4023                         free_page(used);
4024                         used += PAGE_SIZE;
4025                 }
4026         }
4027         return (void *)addr;
4028 }
4029
4030 /**
4031  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4032  * @size: the number of bytes to allocate
4033  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4034  *
4035  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4036  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4037  * allocate memory in power-of-two pages.
4038  *
4039  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4040  *
4041  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4042  */
4043 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4044 {
4045         unsigned int order = get_order(size);
4046         unsigned long addr;
4047
4048         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4049         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4050 }
4051 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4052
4053 /**
4054  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4055  *                         pages on a node.
4056  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4057  * @size: the number of bytes to allocate
4058  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4059  *
4060  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4061  * back.
4062  */
4063 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4064 {
4065         unsigned int order = get_order(size);
4066         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4067         if (!p)
4068                 return NULL;
4069         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4070 }
4071
4072 /**
4073  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4074  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4075  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4076  *
4077  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4078  */
4079 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4080 {
4081         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4082         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4083
4084         while (addr < end) {
4085                 free_page(addr);
4086                 addr += PAGE_SIZE;
4087         }
4088 }
4089 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4090
4091 /**
4092  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4093  * @offset: The zone index of the highest zone
4094  *
4095  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4096  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4097  * zone, the number of pages is calculated as:
4098  *     managed_pages - high_pages
4099  */
4100 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4101 {
4102         struct zoneref *z;
4103         struct zone *zone;
4104
4105         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4106         unsigned long sum = 0;
4107
4108         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4109
4110         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4111                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4112                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4113                 if (size > high)
4114                         sum += size - high;
4115         }
4116
4117         return sum;
4118 }
4119
4120 /**
4121  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4122  *
4123  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4124  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4125  */
4126 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4127 {
4128         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4129 }
4130 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4131
4132 /**
4133  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4134  *
4135  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4136  * high watermark within all zones.
4137  */
4138 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4139 {
4140         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4141 }
4142
4143 static inline void show_node(struct zone *zone)
4144 {
4145         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4146                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4147 }
4148
4149 long si_mem_available(void)
4150 {
4151         long available;
4152         unsigned long pagecache;
4153         unsigned long wmark_low = 0;
4154         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4155         struct zone *zone;
4156         int lru;
4157
4158         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4159                 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4160
4161         for_each_zone(zone)
4162                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4163
4164         /*
4165          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4166          * without causing swapping.
4167          */
4168         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4169
4170         /*
4171          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4172          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4173          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4174          */
4175         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4176         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4177         available += pagecache;
4178
4179         /*
4180          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4181          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4182          */
4183         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4184                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4185
4186         if (available < 0)
4187                 available = 0;
4188         return available;
4189 }
4190 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4191
4192 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4193 {
4194         val->totalram = totalram_pages;
4195         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
4196         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4197         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4198         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4199         val->freehigh = nr_free_highpages();
4200         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4201 }
4202
4203 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4204
4205 #ifdef CONFIG_NUMA
4206 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4207 {
4208         int zone_type;          /* needs to be signed */
4209         unsigned long managed_pages = 0;
4210         unsigned long managed_highpages = 0;
4211         unsigned long free_highpages = 0;
4212         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4213
4214         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4215                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4216         val->totalram = managed_pages;
4217         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
4218         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4219 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4220         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4221                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4222
4223                 if (is_highmem(zone)) {
4224                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4225                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4226                 }
4227         }
4228         val->totalhigh = managed_highpages;
4229         val->freehigh = free_highpages;
4230 #else
4231         val->totalhigh = managed_highpages;
4232         val->freehigh = free_highpages;
4233 #endif
4234         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4235 }
4236 #endif
4237
4238 /*
4239  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4240  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4241  */
4242 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
4243 {
4244         bool ret = false;
4245         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4246
4247         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4248                 goto out;
4249
4250         do {
4251                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4252                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
4253         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
4254 out:
4255         return ret;
4256 }
4257
4258 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4259
4260 static void show_migration_types(unsigned char type)
4261 {
4262         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4263                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4264                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4265                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4266                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4267 #ifdef CONFIG_CMA
4268                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4269 #endif
4270 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4271                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4272 #endif
4273         };
4274         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4275         char *p = tmp;
4276         int i;
4277
4278         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4279                 if (type & (1 << i))
4280                         *p++ = types[i];
4281         }
4282
4283         *p = '\0';
4284         printk("(%s) ", tmp);
4285 }
4286
4287 /*
4288  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4289  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4290  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4291  *
4292  * Bits in @filter:
4293  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4294  *   cpuset.
4295  */
4296 void show_free_areas(unsigned int filter)
4297 {
4298         unsigned long free_pcp = 0;
4299         int cpu;
4300         struct zone *zone;
4301
4302         for_each_populated_zone(zone) {
4303                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4304                         continue;
4305
4306                 for_each_online_cpu(cpu)
4307                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4308         }
4309
4310         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4311                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4312                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4313                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4314                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4315 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4316                 " anon_thp: %lu shmem_thp: %lu shmem_pmdmapped: %lu\n"
4317 #endif
4318                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4319                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4320                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4321                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4322                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4323                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4324                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4325                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4326                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4327                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
4328                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4329                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4330                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4331                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4332                 global_page_state(NR_SHMEM),
4333                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4334                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4335 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4336                 global_page_state(NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR,
4337                 global_page_state(NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR,
4338                 global_page_state(NR_SHMEM_PMDMAPPED) * HPAGE_PMD_NR,
4339 #endif
4340                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4341                 free_pcp,
4342                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4343
4344         for_each_populated_zone(zone) {
4345                 int i;
4346
4347                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4348                         continue;
4349
4350                 free_pcp = 0;
4351                 for_each_online_cpu(cpu)
4352                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4353
4354                 show_node(zone);
4355                 printk("%s"
4356                         " free:%lukB"
4357                         " min:%lukB"
4358                         " low:%lukB"
4359                         " high:%lukB"
4360                         " active_anon:%lukB"
4361                         " inactive_anon:%lukB"
4362                         " active_file:%lukB"
4363                         " inactive_file:%lukB"
4364                         " unevictable:%lukB"
4365                         " isolated(anon):%lukB"
4366                         " isolated(file):%lukB"
4367                         " present:%lukB"
4368                         " managed:%lukB"
4369                         " mlocked:%lukB"
4370                         " dirty:%lukB"
4371                         " writeback:%lukB"
4372                         " mapped:%lukB"
4373                         " shmem:%lukB"
4374 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4375                         " shmem_thp: %lukB"
4376                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4377                         " anon_thp: %lukB"
4378 #endif
4379                         " slab_reclaimable:%lukB"
4380                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4381                         " kernel_stack:%lukB"
4382                         " pagetables:%lukB"
4383                         " unstable:%lukB"
4384                         " bounce:%lukB"
4385                         " free_pcp:%lukB"
4386                         " local_pcp:%ukB"
4387                         " free_cma:%lukB"
4388                         " writeback_tmp:%lukB"
4389                         " pages_scanned:%lu"
4390                         " all_unreclaimable? %s"
4391                         "\n",
4392                         zone->name,
4393                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4394                         K(min_wmark_pages(zone)),
4395                         K(low_wmark_pages(zone)),
4396                         K(high_wmark_pages(zone)),
4397                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
4398                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
4399                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
4400                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
4401                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
4402                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
4403                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
4404                         K(zone->present_pages),
4405                         K(zone->managed_pages),
4406                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4407                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
4408                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
4409                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
4410                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
4411 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4412                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4413                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4414                                         * HPAGE_PMD_NR),
4415                         K(zone_page_state(zone, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4416 #endif
4417                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4418                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4419                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
4420                                 THREAD_SIZE / 1024,
4421                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4422                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
4423                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4424                         K(free_pcp),
4425                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4426                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
4427                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4428                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
4429                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
4430                         );
4431                 printk("lowmem_reserve[]:");
4432                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4433                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4434                 printk("\n");
4435         }
4436
4437         for_each_populated_zone(zone) {
4438                 unsigned int order;
4439                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4440                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4441
4442                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4443                         continue;
4444                 show_node(zone);
4445                 printk("%s: ", zone->name);
4446
4447                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4448                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4449                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4450                         int type;
4451
4452                         nr[order] = area->nr_free;
4453                         total += nr[order] << order;
4454
4455                         types[order] = 0;
4456                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4457                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4458                                         types[order] |= 1 << type;
4459                         }
4460                 }
4461                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4462                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4463                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4464                         if (nr[order])
4465                                 show_migration_types(types[order]);
4466                 }
4467                 printk("= %lukB\n", K(total));
4468         }
4469
4470         hugetlb_show_meminfo();
4471
4472         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
4473
4474         show_swap_cache_info();
4475 }
4476
4477 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4478 {
4479         zoneref->zone = zone;
4480         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4481 }
4482
4483 /*
4484  * Builds allocation fallback zone lists.
4485  *
4486  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4487  */
4488 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4489                                 int nr_zones)
4490 {
4491         struct zone *zone;
4492         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4493
4494         do {
4495                 zone_type--;
4496                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4497                 if (populated_zone(zone)) {
4498                         zoneref_set_zone(zone,
4499                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4500                         check_highest_zone(zone_type);
4501                 }
4502         } while (zone_type);
4503
4504         return nr_zones;
4505 }
4506
4507
4508 /*
4509  *  zonelist_order:
4510  *  0 = automatic detection of better ordering.
4511  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4512  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4513  *
4514  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4515  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4516  */
4517 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4518 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4519 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4520
4521 /* zonelist order in the kernel.
4522  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4523  */
4524 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4525 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4526
4527
4528 #ifdef CONFIG_NUMA
4529 /* The value user specified ....changed by config */
4530 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4531 /* string for sysctl */
4532 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4533 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4534
4535 /*
4536  * interface for configure zonelist ordering.
4537  * command line option "numa_zonelist_order"
4538  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4539  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4540  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4541  */
4542
4543 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4544 {
4545         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4546                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4547         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4548                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4549         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4550                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4551         } else {
4552                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4553                 return -EINVAL;
4554         }
4555         return 0;
4556 }
4557
4558 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4559 {
4560         int ret;
4561
4562         if (!s)
4563                 return 0;
4564
4565         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4566         if (ret == 0)
4567                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4568
4569         return ret;
4570 }
4571 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4572
4573 /*
4574  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4575  */
4576 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4577                 void __user *buffer, size_t *length,
4578                 loff_t *ppos)
4579 {
4580         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4581         int ret;
4582         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4583
4584         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4585         if (write) {
4586                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4587                         ret = -EINVAL;
4588                         goto out;
4589                 }
4590                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4591         }
4592         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4593         if (ret)
4594                 goto out;
4595         if (write) {
4596                 int oldval = user_zonelist_order;
4597
4598                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4599                 if (ret) {
4600                         /*
4601                          * bogus value.  restore saved string
4602                          */
4603                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4604                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4605                         user_zonelist_order = oldval;
4606                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4607                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4608                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4609                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4610                 }
4611         }
4612 out:
4613         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4614         return ret;
4615 }
4616
4617
4618 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4619 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4620
4621 /**
4622  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4623  * @node: node whose fallback list we're appending
4624  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4625  *
4626  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4627  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4628  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4629  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4630  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4631  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4632  * on them otherwise.
4633  * It returns -1 if no node is found.
4634  */
4635 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4636 {
4637         int n, val;
4638         int min_val = INT_MAX;
4639         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4640         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4641
4642         /* Use the local node if we haven't already */
4643         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4644                 node_set(node, *used_node_mask);
4645                 return node;
4646         }
4647
4648         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4649
4650                 /* Don't want a node to appear more than once */
4651                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4652                         continue;
4653
4654                 /* Use the distance array to find the distance */
4655                 val = node_distance(node, n);
4656
4657                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4658                 val += (n < node);
4659
4660                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4661                 tmp = cpumask_of_node(n);
4662                 if (!cpumask_empty(tmp))
4663                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4664
4665                 /* Slight preference for less loaded node */
4666                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4667                 val += node_load[n];
4668
4669                 if (val < min_val) {
4670                         min_val = val;
4671                         best_node = n;
4672                 }
4673         }
4674
4675         if (best_node >= 0)
4676                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4677
4678         return best_node;
4679 }
4680
4681
4682 /*
4683  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4684  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4685  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4686  */
4687 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4688 {
4689         int j;
4690         struct zonelist *zonelist;
4691
4692         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4693         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4694                 ;
4695         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4696         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4697         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4698 }
4699
4700 /*
4701  * Build gfp_thisnode zonelists
4702  */
4703 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4704 {
4705         int j;
4706         struct zonelist *zonelist;
4707
4708         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4709         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4710         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4711         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4712 }
4713
4714 /*
4715  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4716  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4717  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4718  * may still exist in local DMA zone.
4719  */
4720 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4721
4722 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4723 {
4724         int pos, j, node;
4725         int zone_type;          /* needs to be signed */
4726         struct zone *z;
4727         struct zonelist *zonelist;
4728
4729         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4730         pos = 0;
4731         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4732                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4733                         node = node_order[j];
4734                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4735                         if (populated_zone(z)) {
4736                                 zoneref_set_zone(z,
4737                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4738                                 check_highest_zone(zone_type);
4739                         }
4740                 }
4741         }
4742         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4743         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4744 }
4745
4746 #if defined(CONFIG_64BIT)
4747 /*
4748  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4749  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4750  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4751  */
4752 static int default_zonelist_order(void)
4753 {
4754         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4755 }
4756 #else
4757 /*
4758  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4759  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4760  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4761  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4762  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4763  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4764  */
4765 static int default_zonelist_order(void)
4766 {
4767         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4768 }
4769 #endif /* CONFIG_64BIT */
4770
4771 static void set_zonelist_order(void)
4772 {
4773         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4774                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4775         else
4776                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4777 }
4778
4779 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4780 {
4781         int i, node, load;
4782         nodemask_t used_mask;
4783         int local_node, prev_node;
4784         struct zonelist *zonelist;
4785         unsigned int order = current_zonelist_order;
4786
4787         /* initialize zonelists */
4788         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4789                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4790                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4791                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4792         }
4793
4794         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4795         local_node = pgdat->node_id;
4796         load = nr_online_nodes;
4797         prev_node = local_node;
4798         nodes_clear(used_mask);
4799
4800         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4801         i = 0;
4802
4803         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4804                 /*
4805                  * We don't want to pressure a particular node.
4806                  * So adding penalty to the first node in same
4807                  * distance group to make it round-robin.
4808                  */
4809                 if (node_distance(local_node, node) !=
4810                     node_distance(local_node, prev_node))
4811                         node_load[node] = load;
4812
4813                 prev_node = node;
4814                 load--;
4815                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4816                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4817                 else
4818                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4819         }
4820
4821         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4822                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4823                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4824         }
4825
4826         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4827 }
4828
4829 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4830 /*
4831  * Return node id of node used for "local" allocations.
4832  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4833  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4834  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4835  */
4836 int local_memory_node(int node)
4837 {
4838         struct zoneref *z;
4839
4840         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4841                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4842                                    NULL);
4843         return z->zone->node;
4844 }
4845 #endif
4846
4847 #else   /* CONFIG_NUMA */
4848
4849 static void set_zonelist_order(void)
4850 {
4851         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4852 }
4853
4854 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4855 {
4856         int node, local_node;
4857         enum zone_type j;
4858         struct zonelist *zonelist;
4859
4860         local_node = pgdat->node_id;
4861
4862         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4863         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4864
4865         /*
4866          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4867          * of all the other nodes.
4868          * We don't want to pressure a particular node, so when
4869          * building the zones for node N, we make sure that the
4870          * zones coming right after the local ones are those from
4871          * node N+1 (modulo N)
4872          */
4873         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4874                 if (!node_online(node))
4875                         continue;
4876                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4877         }
4878         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4879                 if (!node_online(node))
4880                         continue;
4881                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4882         }
4883
4884         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4885         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4886 }
4887
4888 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4889
4890 /*
4891  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4892  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4893  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4894  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4895  * with interrupts disabled.
4896  *
4897  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4898  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4899  * hotplugged processors.
4900  *
4901  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4902  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4903  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4904  */
4905 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4906 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4907 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4908
4909 /*
4910  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4911  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4912  */
4913 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4914
4915 /* return values int ....just for stop_machine() */
4916 static int __build_all_zonelists(void *data)
4917 {
4918         int nid;
4919         int cpu;
4920         pg_data_t *self = data;
4921
4922 #ifdef CONFIG_NUMA
4923         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4924 #endif
4925
4926         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4927                 build_zonelists(self);
4928         }
4929
4930         for_each_online_node(nid) {
4931                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4932
4933                 build_zonelists(pgdat);
4934         }
4935
4936         /*
4937          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4938          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4939          * each zone will be allocated later when the per cpu
4940          * allocator is available.
4941          *
4942          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4943          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4944          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4945          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4946          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4947          * (a chicken-egg dilemma).
4948          */
4949         for_each_possible_cpu(cpu) {
4950                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4951
4952 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4953                 /*
4954                  * We now know the "local memory node" for each node--
4955                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4956                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4957                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4958                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4959                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4960                  */
4961                 if (cpu_online(cpu))
4962                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4963 #endif
4964         }
4965
4966         return 0;
4967 }
4968
4969 static noinline void __init
4970 build_all_zonelists_init(void)
4971 {
4972         __build_all_zonelists(NULL);
4973         mminit_verify_zonelist();
4974         cpuset_init_current_mems_allowed();
4975 }
4976
4977 /*
4978  * Called with zonelists_mutex held always
4979  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4980  *
4981  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4982  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4983  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4984  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4985  */
4986 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4987 {
4988         set_zonelist_order();
4989
4990         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4991                 build_all_zonelists_init();
4992         } else {
4993 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4994                 if (zone)
4995                         setup_zone_pageset(zone);
4996 #endif
4997                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4998                    of zonelist */
4999                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5000                 /* cpuset refresh routine should be here */
5001         }
5002         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5003         /*
5004          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5005          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5006          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5007          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5008          * disabled and enable it later
5009          */
5010         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5011                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5012         else
5013                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5014
5015         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5016                 nr_online_nodes,
5017                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5018                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5019                 vm_total_pages);
5020 #ifdef CONFIG_NUMA
5021         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5022 #endif
5023 }
5024
5025 /*
5026  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
5027  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
5028  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
5029  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
5030  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
5031  * conservative, even though it seems large.
5032  *
5033  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
5034  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
5035  */
5036 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
5037
5038 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5039 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5040 {
5041         unsigned long size = 1;
5042
5043         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
5044
5045         while (size < pages)
5046                 size <<= 1;
5047
5048         /*
5049          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
5050          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
5051          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
5052          */
5053         size = min(size, 4096UL);
5054
5055         return max(size, 4UL);
5056 }
5057 #else
5058 /*
5059  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
5060  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
5061  *
5062  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
5063  *
5064  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
5065  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
5066  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
5067  *
5068  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
5069  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
5070  *
5071  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
5072  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
5073  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
5074  */
5075 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5076 {
5077         return 4096UL;
5078 }
5079 #endif
5080
5081 /*
5082  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
5083  * to extract the more random high bits from the multiplicative
5084  * hash function before the remainder is taken.
5085  */
5086 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
5087 {
5088         return ffz(~size);
5089 }
5090
5091 /*
5092  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5093  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5094  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5095  */
5096 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5097                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5098 {
5099         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5100         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5101         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5102         unsigned long pfn;
5103         unsigned long nr_initialised = 0;
5104 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5105         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5106 #endif
5107
5108         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5109                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5110
5111         /*
5112          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5113          * memory
5114          */
5115         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5116                 start_pfn += altmap->reserve;
5117
5118         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5119                 /*
5120                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5121                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5122                  */
5123                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5124                         goto not_early;
5125
5126                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5127                         continue;
5128                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5129                         continue;
5130                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5131                         break;
5132
5133 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5134                 /*
5135                  * If not mirrored_kernelcore and ZONE_MOVABLE exists, range
5136                  * from zone_movable_pfn[nid] to end of each node should be
5137                  * ZONE_MOVABLE not ZONE_NORMAL. skip it.
5138                  */
5139                 if (!mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid])
5140                         if (zone == ZONE_NORMAL && pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5141                                 continue;
5142
5143                 /*
5144                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5145                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5146                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5147                  */
5148                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5149                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5150                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5151                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5152                                                 break;
5153                                 r = tmp;
5154                         }
5155                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5156                             memblock_is_mirror(r)) {
5157                                 /* already initialized as NORMAL */
5158                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5159                                 continue;
5160                         }
5161                 }
5162 #endif
5163
5164 not_early:
5165                 /*
5166                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5167                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5168                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5169                  * the address space during boot when many long-lived
5170                  * kernel allocations are made.
5171                  *
5172                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5173                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5174                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5175                  * pfn out of zone.
5176                  */
5177                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5178                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5179
5180                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5181                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5182                 } else {
5183                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5184                 }
5185         }
5186 }
5187
5188 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5189 {
5190         unsigned int order, t;
5191         for_each_migratetype_order(order, t) {
5192                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5193                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5194         }
5195 }
5196
5197 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5198 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5199         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5200 #endif
5201
5202 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5203 {
5204 #ifdef CONFIG_MMU
5205         int batch;
5206
5207         /*
5208          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5209          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5210          *
5211          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5212          */
5213         batch = zone->managed_pages / 1024;
5214         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5215                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5216         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5217         if (batch < 1)
5218                 batch = 1;
5219
5220         /*
5221          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5222          * of 2 value was found to be more likely to have
5223          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5224          *
5225          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5226          * batches of pages, one task can end up with a lot
5227          * of pages of one half of the possible page colors
5228          * and the other with pages of the other colors.
5229          */
5230         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5231
5232         return batch;
5233
5234 #else
5235         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5236          * conditions.
5237          *
5238          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5239          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5240          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5241          *
5242          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5243          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5244          * can be a significant delay between the individual batches being
5245          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5246          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5247          */
5248         return 0;
5249 #endif
5250 }
5251
5252 /*
5253  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5254  * ->batch must never be higher then ->high.
5255  * The following function updates them in a safe manner without read side
5256  * locking.
5257  *
5258  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5259  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5260  *
5261  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5262  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5263  * exist).
5264  */
5265 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5266                 unsigned long batch)
5267 {
5268        /* start with a fail safe value for batch */
5269         pcp->batch = 1;
5270         smp_wmb();
5271
5272        /* Update high, then batch, in order */
5273         pcp->high = high;
5274         smp_wmb();
5275
5276         pcp->batch = batch;
5277 }
5278
5279 /* a companion to pageset_set_high() */
5280 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5281 {
5282         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5283 }
5284
5285 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5286 {
5287         struct per_cpu_pages *pcp;
5288         int migratetype;
5289
5290         memset(p, 0, sizeof(*p));
5291
5292         pcp = &p->pcp;
5293         pcp->count = 0;
5294         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5295                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5296 }
5297
5298 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5299 {
5300         pageset_init(p);
5301         pageset_set_batch(p, batch);
5302 }
5303
5304 /*
5305  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5306  * to the value high for the pageset p.
5307  */
5308 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5309                                 unsigned long high)
5310 {
5311         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5312         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5313                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5314
5315         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5316 }
5317
5318 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5319                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5320 {
5321         if (percpu_pagelist_fraction)
5322                 pageset_set_high(pcp,
5323                         (zone->managed_pages /
5324                                 percpu_pagelist_fraction));
5325         else
5326                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5327 }
5328
5329 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5330 {
5331         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5332
5333         pageset_init(pcp);
5334         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5335 }
5336
5337 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5338 {
5339         int cpu;
5340         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5341         for_each_possible_cpu(cpu)
5342                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5343 }
5344
5345 /*
5346  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5347  * Before this call only boot pagesets were available.
5348  */
5349 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5350 {
5351         struct zone *zone;
5352
5353         for_each_populated_zone(zone)
5354                 setup_zone_pageset(zone);
5355 }
5356
5357 static noinline __init_refok
5358 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
5359 {
5360         int i;
5361         size_t alloc_size;
5362
5363         /*
5364          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
5365          * per zone.
5366          */
5367         zone->wait_table_hash_nr_entries =
5368                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
5369         zone->wait_table_bits =
5370                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
5371         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
5372                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
5373
5374         if (!slab_is_available()) {
5375                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
5376                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
5377                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
5378         } else {
5379                 /*
5380                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
5381                  * via memory hot-add.
5382                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
5383                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
5384                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
5385                  * node itself as well.
5386                  * To use this new node's memory, further consideration will be
5387                  * necessary.
5388                  */
5389                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
5390         }
5391         if (!zone->wait_table)
5392                 return -ENOMEM;
5393
5394         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
5395                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
5396
5397         return 0;
5398 }
5399
5400 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5401 {
5402         /*
5403          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5404          * relies on the ability of the linker to provide the
5405          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5406          */
5407         zone->pageset = &boot_pageset;
5408
5409         if (populated_zone(zone))
5410                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5411                         zone->name, zone->present_pages,
5412                                          zone_batchsize(zone));
5413 }
5414
5415 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5416                                         unsigned long zone_start_pfn,
5417                                         unsigned long size)
5418 {
5419         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5420         int ret;
5421         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5422         if (ret)
5423                 return ret;
5424         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5425
5426         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5427
5428         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5429                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5430                         pgdat->node_id,
5431                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5432                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5433
5434         zone_init_free_lists(zone);
5435
5436         return 0;
5437 }
5438
5439 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5440 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5441
5442 /*
5443  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5444  */
5445 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5446                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5447 {
5448         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5449         int nid;
5450
5451         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5452                 return state->last_nid;
5453
5454         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5455         if (nid != -1) {
5456                 state->last_start = start_pfn;
5457                 state->last_end = end_pfn;
5458                 state->last_nid = nid;
5459         }
5460
5461         return nid;
5462 }
5463 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5464
5465 /**
5466  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5467  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5468  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5469  *
5470  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5471  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5472  * memblock_free_early_nid() manually.
5473  */
5474 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5475 {
5476         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5477         int i, this_nid;
5478
5479         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5480                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5481                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5482
5483                 if (start_pfn < end_pfn)
5484                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5485                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5486                                         this_nid);
5487         }
5488 }
5489
5490 /**
5491  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5492  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5493  *
5494  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5495  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5496  */
5497 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5498 {
5499         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5500         int i, this_nid;
5501
5502         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5503                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5504 }
5505
5506 /**
5507  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5508  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5509  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5510  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5511  *
5512  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5513  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5514  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5515  * PFNs will be 0.
5516  */
5517 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5518                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5519 {
5520         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5521         int i;
5522
5523         *start_pfn = -1UL;
5524         *end_pfn = 0;
5525
5526         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5527                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5528                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5529         }
5530
5531         if (*start_pfn == -1UL)
5532                 *start_pfn = 0;
5533 }
5534
5535 /*
5536  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5537  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5538  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5539  */
5540 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5541 {
5542         int zone_index;
5543         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5544                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5545                         continue;
5546
5547                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5548                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5549                         break;
5550         }
5551
5552         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5553         movable_zone = zone_index;
5554 }
5555
5556 /*
5557  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5558  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5559  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5560  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5561  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5562  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5563  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5564  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5565  */
5566 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5567                                         unsigned long zone_type,
5568                                         unsigned long node_start_pfn,
5569                                         unsigned long node_end_pfn,
5570                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5571                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5572 {
5573         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5574         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5575                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5576                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5577                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5578                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5579                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5580
5581                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5582                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5583                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5584         }
5585 }
5586
5587 /*
5588  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5589  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5590  */
5591 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5592                                         unsigned long zone_type,
5593                                         unsigned long node_start_pfn,
5594                                         unsigned long node_end_pfn,
5595                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5596                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5597                                         unsigned long *ignored)
5598 {
5599         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5600         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5601                 return 0;
5602
5603         /* Get the start and end of the zone */
5604         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5605         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5606         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5607                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5608                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5609
5610         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5611         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5612                 return 0;
5613
5614         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5615         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5616         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5617
5618         /* Return the spanned pages */
5619         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5620 }
5621
5622 /*
5623  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5624  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5625  */
5626 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5627                                 unsigned long range_start_pfn,
5628                                 unsigned long range_end_pfn)
5629 {
5630         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5631         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5632         int i;
5633
5634         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5635                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5636                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5637                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5638         }
5639         return nr_absent;
5640 }
5641
5642 /**
5643  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5644  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5645  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5646  *
5647  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5648  */
5649 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5650                                                         unsigned long end_pfn)
5651 {
5652         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5653 }
5654
5655 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5656 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5657                                         unsigned long zone_type,
5658                                         unsigned long node_start_pfn,
5659                                         unsigned long node_end_pfn,
5660                                         unsigned long *ignored)
5661 {
5662         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5663         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5664         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5665         unsigned long nr_absent;
5666
5667         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5668         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5669                 return 0;
5670
5671         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5672         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5673
5674         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5675                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5676                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5677         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5678
5679         /*
5680          * ZONE_MOVABLE handling.
5681          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5682          * and vice versa.
5683          */
5684         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5685                 if (mirrored_kernelcore) {
5686                         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5687                         struct memblock_region *r;
5688
5689                         for_each_memblock(memory, r) {
5690                                 start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5691                                                   zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5692                                 end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5693                                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5694
5695                                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5696                                     memblock_is_mirror(r))
5697                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5698
5699                                 if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5700                                     !memblock_is_mirror(r))
5701                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5702                         }
5703                 } else {
5704                         if (zone_type == ZONE_NORMAL)
5705                                 nr_absent += node_end_pfn - zone_movable_pfn[nid];
5706                 }
5707         }
5708
5709         return nr_absent;
5710 }
5711
5712 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5713 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5714                                         unsigned long zone_type,
5715                                         unsigned long node_start_pfn,
5716                                         unsigned long node_end_pfn,
5717                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5718                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5719                                         unsigned long *zones_size)
5720 {
5721         unsigned int zone;
5722
5723         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5724         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5725                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5726
5727         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5728
5729         return zones_size[zone_type];
5730 }
5731
5732 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5733                                                 unsigned long zone_type,
5734                                                 unsigned long node_start_pfn,
5735                                                 unsigned long node_end_pfn,
5736                                                 unsigned long *zholes_size)
5737 {
5738         if (!zholes_size)
5739                 return 0;
5740
5741         return zholes_size[zone_type];
5742 }
5743
5744 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5745
5746 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5747                                                 unsigned long node_start_pfn,
5748                                                 unsigned long node_end_pfn,
5749                                                 unsigned long *zones_size,
5750                                                 unsigned long *zholes_size)
5751 {
5752         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5753         enum zone_type i;
5754
5755         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5756                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5757                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5758                 unsigned long size, real_size;
5759
5760                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5761                                                   node_start_pfn,
5762                                                   node_end_pfn,
5763                                                   &zone_start_pfn,
5764                                                   &zone_end_pfn,
5765                                                   zones_size);
5766                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5767                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5768                                                   zholes_size);
5769                 if (size)
5770                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5771                 else
5772                         zone->zone_start_pfn = 0;
5773                 zone->spanned_pages = size;
5774                 zone->present_pages = real_size;
5775
5776                 totalpages += size;
5777                 realtotalpages += real_size;
5778         }
5779
5780         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5781         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5782         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5783                                                         realtotalpages);
5784 }
5785
5786 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5787 /*
5788  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5789  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5790  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5791  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5792  * bytes.
5793  */
5794 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5795 {
5796         unsigned long usemapsize;
5797
5798         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5799         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5800         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5801         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5802         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5803
5804         return usemapsize / 8;
5805 }
5806
5807 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5808                                 struct zone *zone,
5809                                 unsigned long zone_start_pfn,
5810                                 unsigned long zonesize)
5811 {
5812         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5813         zone->pageblock_flags = NULL;
5814         if (usemapsize)
5815                 zone->pageblock_flags =
5816                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5817                                                          pgdat->node_id);
5818 }
5819 #else
5820 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5821                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5822 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5823
5824 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5825
5826 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5827 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5828 {
5829         unsigned int order;
5830
5831         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5832         if (pageblock_order)
5833                 return;
5834
5835         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5836                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5837         else
5838                 order = MAX_ORDER - 1;
5839
5840         /*
5841          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5842          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5843          * powerpc.
5844          */
5845         pageblock_order = order;
5846 }
5847 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5848
5849 /*
5850  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5851  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5852  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5853  * the kernel config
5854  */
5855 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5856 {
5857 }
5858
5859 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5860
5861 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5862                                                    unsigned long present_pages)
5863 {
5864         unsigned long pages = spanned_pages;
5865
5866         /*
5867          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5868          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5869          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5870          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5871          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5872          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5873          */
5874         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5875             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5876                 pages = present_pages;
5877
5878         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5879 }
5880
5881 /*
5882  * Set up the zone data structures:
5883  *   - mark all pages reserved
5884  *   - mark all memory queues empty
5885  *   - clear the memory bitmaps
5886  *
5887  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5888  */
5889 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5890 {
5891         enum zone_type j;
5892         int nid = pgdat->node_id;
5893         int ret;
5894
5895         pgdat_resize_init(pgdat);
5896 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5897         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5898         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5899         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5900 #endif
5901 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5902         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5903         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5904         pgdat->split_queue_len = 0;
5905 #endif
5906         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5907         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5908 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5909         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5910 #endif
5911         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5912
5913         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5914                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5915                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5916                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5917
5918                 size = zone->spanned_pages;
5919                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5920
5921                 /*
5922                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5923                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5924                  * and per-cpu initialisations
5925                  */
5926                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5927                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5928                         if (freesize >= memmap_pages) {
5929                                 freesize -= memmap_pages;
5930                                 if (memmap_pages)
5931                                         printk(KERN_DEBUG
5932                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5933                                                zone_names[j], memmap_pages);
5934                         } else
5935                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5936                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5937                 }
5938
5939                 /* Account for reserved pages */
5940                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5941                         freesize -= dma_reserve;
5942                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5943                                         zone_names[0], dma_reserve);
5944                 }
5945
5946                 if (!is_highmem_idx(j))
5947                         nr_kernel_pages += freesize;
5948                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5949                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5950                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5951                 nr_all_pages += freesize;
5952
5953                 /*
5954                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5955                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5956                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5957                  */
5958                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5959 #ifdef CONFIG_NUMA
5960                 zone->node = nid;
5961                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5962                                                 / 100;
5963                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5964 #endif
5965                 zone->name = zone_names[j];
5966                 spin_lock_init(&zone->lock);
5967                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5968                 zone_seqlock_init(zone);
5969                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5970                 zone_pcp_init(zone);
5971
5972                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5973                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5974
5975                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5976                 if (!size)
5977                         continue;
5978
5979                 set_pageblock_order();
5980                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5981                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5982                 BUG_ON(ret);
5983                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5984         }
5985 }
5986
5987 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5988 {
5989         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5990         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5991
5992         /* Skip empty nodes */
5993         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5994                 return;
5995
5996 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5997         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5998         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5999         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6000         if (!pgdat->node_mem_map) {
6001                 unsigned long size, end;
6002                 struct page *map;
6003
6004                 /*
6005                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6006                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6007                  * for the buddy allocator to function correctly.
6008                  */
6009                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6010                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6011                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6012                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6013                 if (!map)
6014                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6015                                                                pgdat->node_id);
6016                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6017         }
6018 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6019         /*
6020          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6021          */
6022         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6023                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6024 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6025                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6026                         mem_map -= offset;
6027 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6028         }
6029 #endif
6030 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6031 }
6032
6033 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6034                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6035 {
6036         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6037         unsigned long start_pfn = 0;
6038         unsigned long end_pfn = 0;
6039
6040         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6041         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
6042
6043         reset_deferred_meminit(pgdat);
6044         pgdat->node_id = nid;
6045         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6046 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6047         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6048         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6049                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6050                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6051 #else
6052         start_pfn = node_start_pfn;
6053 #endif
6054         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6055                                   zones_size, zholes_size);
6056
6057         alloc_node_mem_map(pgdat);
6058 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6059         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6060                 nid, (unsigned long)pgdat,
6061                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6062 #endif
6063
6064         free_area_init_core(pgdat);
6065 }
6066
6067 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6068
6069 #if MAX_NUMNODES > 1
6070 /*
6071  * Figure out the number of possible node ids.
6072  */
6073 void __init setup_nr_node_ids(void)
6074 {
6075         unsigned int highest;
6076
6077         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6078         nr_node_ids = highest + 1;
6079 }
6080 #endif
6081
6082 /**
6083  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6084  *
6085  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6086  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6087  * all the nodes.
6088  *
6089  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6090  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6091  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6092  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6093  *
6094  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6095  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6096  * populated node map.
6097  *
6098  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6099  * requirement (single node).
6100  */
6101 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6102 {
6103         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6104         unsigned long start, end, mask;
6105         int last_nid = -1;
6106         int i, nid;
6107
6108         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6109                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6110                         last_nid = nid;
6111                         last_end = end;
6112                         continue;
6113                 }
6114
6115                 /*
6116                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6117                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6118                  * too coarse to separate the current node from the last.
6119                  */
6120                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6121                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6122                         mask <<= 1;
6123
6124                 /* accumulate all internode masks */
6125                 accl_mask |= mask;
6126         }
6127
6128         /* convert mask to number of pages */
6129         return ~accl_mask + 1;
6130 }
6131
6132 /* Find the lowest pfn for a node */
6133 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6134 {
6135         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6136         unsigned long start_pfn;
6137         int i;
6138
6139         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6140                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6141
6142         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6143                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6144                 return 0;
6145         }
6146
6147         return min_pfn;
6148 }
6149
6150 /**
6151  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6152  *
6153  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6154  * memblock_set_node().
6155  */
6156 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6157 {
6158         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6159 }
6160
6161 /*
6162  * early_calculate_totalpages()
6163  * Sum pages in active regions for movable zone.
6164  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6165  */
6166 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6167 {
6168         unsigned long totalpages = 0;
6169         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6170         int i, nid;
6171
6172         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6173                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6174
6175                 totalpages += pages;
6176                 if (pages)
6177                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6178         }
6179         return totalpages;
6180 }
6181
6182 /*
6183  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6184  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6185  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6186  * others
6187  */
6188 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6189 {
6190         int i, nid;
6191         unsigned long usable_startpfn;
6192         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6193         /* save the state before borrow the nodemask */
6194         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6195         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6196         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6197         struct memblock_region *r;
6198
6199         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6200         find_usable_zone_for_movable();
6201
6202         /*
6203          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6204          * options.
6205          */
6206         if (movable_node_is_enabled()) {
6207                 for_each_memblock(memory, r) {
6208                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6209                                 continue;
6210
6211                         nid = r->nid;
6212
6213                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6214                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6215                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6216                                 usable_startpfn;
6217                 }
6218
6219                 goto out2;
6220         }
6221
6222         /*
6223          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6224          */
6225         if (mirrored_kernelcore) {
6226                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6227
6228                 for_each_memblock(memory, r) {
6229                         if (memblock_is_mirror(r))
6230                                 continue;
6231
6232                         nid = r->nid;
6233
6234                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6235
6236                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6237                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6238                                 continue;
6239                         }
6240
6241                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6242                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6243                                 usable_startpfn;
6244                 }
6245
6246                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6247                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6248
6249                 goto out2;
6250         }
6251
6252         /*
6253          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6254          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6255          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6256          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6257          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6258          * what movablecore would have allowed.
6259          */
6260         if (required_movablecore) {
6261                 unsigned long corepages;
6262
6263                 /*
6264                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6265                  * was requested by the user
6266                  */
6267                 required_movablecore =
6268                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6269                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6270                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6271
6272                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6273         }
6274
6275         /*
6276          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6277          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6278          */
6279         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6280                 goto out;
6281
6282         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6283         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6284
6285 restart:
6286         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6287         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6288         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6289                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6290
6291                 /*
6292                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6293                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6294                  * amount of memory for the kernel
6295                  */
6296                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6297                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6298
6299                 /*
6300                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6301                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6302                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6303                  */
6304                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6305
6306                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6307                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6308                         unsigned long size_pages;
6309
6310                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6311                         if (start_pfn >= end_pfn)
6312                                 continue;
6313
6314                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6315                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6316                                 unsigned long kernel_pages;
6317                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6318                                                                 - start_pfn;
6319
6320                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6321                                                         kernelcore_remaining);
6322                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6323                                                         required_kernelcore);
6324
6325                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6326                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6327
6328                                         /*
6329                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6330                                          * that if we have to rebalance
6331                                          * kernelcore across nodes, we will
6332                                          * not double account here
6333                                          */
6334                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6335                                         continue;
6336                                 }
6337                                 start_pfn = usable_startpfn;
6338                         }
6339
6340                         /*
6341                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6342                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6343                          * number of pages used as kernelcore
6344                          */
6345                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6346                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6347                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6348                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6349
6350                         /*
6351                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6352                          * break if the kernelcore for this node has been
6353                          * satisfied
6354                          */
6355                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6356                                                                 size_pages);
6357                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6358                         if (!kernelcore_remaining)
6359                                 break;
6360                 }
6361         }
6362
6363         /*
6364          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6365          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6366          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6367          * satisfied
6368          */
6369         usable_nodes--;
6370         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6371                 goto restart;
6372
6373 out2:
6374         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6375         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6376                 zone_movable_pfn[nid] =
6377                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6378
6379 out:
6380         /* restore the node_state */
6381         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6382 }
6383
6384 /* Any regular or high memory on that node ? */
6385 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6386 {
6387         enum zone_type zone_type;
6388
6389         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6390                 return;
6391
6392         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6393                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6394                 if (populated_zone(zone)) {
6395                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6396                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6397                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6398                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6399                         break;
6400                 }
6401         }
6402 }
6403
6404 /**
6405  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6406  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6407  *
6408  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6409  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6410  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6411  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6412  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6413  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6414  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6415  * at arch_max_dma_pfn.
6416  */
6417 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6418 {
6419         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6420         int i, nid;
6421
6422         /* Record where the zone boundaries are */
6423         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6424                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6425         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6426                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6427
6428         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6429
6430         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6431                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6432                         continue;
6433
6434                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6435                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6436                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6437
6438                 start_pfn = end_pfn;
6439         }
6440         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6441         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6442
6443         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6444         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6445         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6446
6447         /* Print out the zone ranges */
6448         pr_info("Zone ranges:\n");
6449         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6450                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6451                         continue;
6452                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6453                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6454                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6455                         pr_cont("empty\n");
6456                 else
6457                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6458                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6459                                         << PAGE_SHIFT,
6460                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6461                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6462         }
6463
6464         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6465         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6466         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6467                 if (zone_movable_pfn[i])
6468                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6469                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6470         }
6471
6472         /* Print out the early node map */
6473         pr_info("Early memory node ranges\n");
6474         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6475                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6476                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6477                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6478
6479         /* Initialise every node */
6480         mminit_verify_pageflags_layout();
6481         setup_nr_node_ids();
6482         for_each_online_node(nid) {
6483                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6484                 free_area_init_node(nid, NULL,
6485                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6486
6487                 /* Any memory on that node */
6488                 if (pgdat->node_present_pages)
6489                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6490                 check_for_memory(pgdat, nid);
6491         }
6492 }
6493
6494 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6495 {
6496         unsigned long long coremem;
6497         if (!p)
6498                 return -EINVAL;
6499
6500         coremem = memparse(p, &p);
6501         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6502
6503         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6504         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6505
6506         return 0;
6507 }
6508
6509 /*
6510  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6511  * cannot be reclaimed or migrated.
6512  */
6513 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6514 {
6515         /* parse kernelcore=mirror */
6516         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6517                 mirrored_kernelcore = true;
6518                 return 0;
6519         }
6520
6521         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6522 }
6523
6524 /*
6525  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6526  * can be reclaimed or migrated.
6527  */
6528 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6529 {
6530         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6531 }
6532
6533 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6534 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6535
6536 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6537
6538 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6539 {
6540         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6541         page_zone(page)->managed_pages += count;
6542         totalram_pages += count;
6543 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6544         if (PageHighMem(page))
6545                 totalhigh_pages += count;
6546 #endif
6547         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6548 }
6549 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6550
6551 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6552 {
6553         void *pos;
6554         unsigned long pages = 0;
6555
6556         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6557         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6558         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6559                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6560                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6561                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6562         }
6563
6564         if (pages && s)
6565                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6566                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6567
6568         return pages;
6569 }
6570 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6571
6572 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6573 void free_highmem_page(struct page *page)
6574 {
6575         __free_reserved_page(page);
6576         totalram_pages++;
6577         page_zone(page)->managed_pages++;
6578         totalhigh_pages++;
6579 }
6580 #endif
6581
6582
6583 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6584 {
6585         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6586         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6587
6588         physpages = get_num_physpages();
6589         codesize = _etext - _stext;
6590         datasize = _edata - _sdata;
6591         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6592         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6593         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6594         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6595
6596         /*
6597          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6598          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6599          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6600          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6601          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6602          */
6603 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6604         do { \
6605                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6606                         size -= adj; \
6607         } while (0)
6608
6609         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6610                      _sinittext, init_code_size);
6611         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6612         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6613         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6614         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6615
6616 #undef  adj_init_size
6617
6618         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6619 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6620                 ", %luK highmem"
6621 #endif
6622                 "%s%s)\n",
6623                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6624                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6625                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6626                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6627                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6628                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6629 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6630                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6631 #endif
6632                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6633 }
6634
6635 /**
6636  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6637  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6638  *
6639  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6640  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6641  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6642  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6643  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6644  * smaller per-cpu batchsize.
6645  */
6646 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6647 {
6648         dma_reserve = new_dma_reserve;
6649 }
6650
6651 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6652 {
6653         free_area_init_node(0, zones_size,
6654                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6655 }
6656
6657 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6658                                  unsigned long action, void *hcpu)
6659 {
6660         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6661
6662         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6663                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6664                 drain_pages(cpu);
6665
6666                 /*
6667                  * Spill the event counters of the dead processor
6668                  * into the current processors event counters.
6669                  * This artificially elevates the count of the current
6670                  * processor.
6671                  */
6672                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6673
6674                 /*
6675                  * Zero the differential counters of the dead processor
6676                  * so that the vm statistics are consistent.
6677                  *
6678                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6679                  * race with what we are doing.
6680                  */
6681                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6682         }
6683         return NOTIFY_OK;
6684 }
6685
6686 void __init page_alloc_init(void)
6687 {
6688         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6689 }
6690
6691 /*
6692  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6693  *      or min_free_kbytes changes.
6694  */
6695 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6696 {
6697         struct pglist_data *pgdat;
6698         unsigned long reserve_pages = 0;
6699         enum zone_type i, j;
6700
6701         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6702                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6703                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6704                         long max = 0;
6705
6706                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6707                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6708                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6709                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6710                         }
6711
6712                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6713                         max += high_wmark_pages(zone);
6714
6715                         if (max > zone->managed_pages)
6716                                 max = zone->managed_pages;
6717
6718                         zone->totalreserve_pages = max;
6719
6720                         reserve_pages += max;
6721                 }
6722         }
6723         totalreserve_pages = reserve_pages;
6724 }
6725
6726 /*
6727  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6728  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6729  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6730  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6731  */
6732 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6733 {
6734         struct pglist_data *pgdat;
6735         enum zone_type j, idx;
6736
6737         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6738                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6739                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6740                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6741
6742                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6743
6744                         idx = j;
6745                         while (idx) {
6746                                 struct zone *lower_zone;
6747
6748                                 idx--;
6749
6750                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6751                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6752
6753                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6754                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6755                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6756                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6757                         }
6758                 }
6759         }
6760
6761         /* update totalreserve_pages */
6762         calculate_totalreserve_pages();
6763 }
6764
6765 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6766 {
6767         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6768         unsigned long lowmem_pages = 0;
6769         struct zone *zone;
6770         unsigned long flags;
6771
6772         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6773         for_each_zone(zone) {
6774                 if (!is_highmem(zone))
6775                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6776         }
6777
6778         for_each_zone(zone) {
6779                 u64 tmp;
6780
6781                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6782                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6783                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6784                 if (is_highmem(zone)) {
6785                         /*
6786                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6787                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6788                          * value here.
6789                          *
6790                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6791                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6792                          * not be capped for highmem.
6793                          */
6794                         unsigned long min_pages;
6795
6796                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6797                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6798                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6799                 } else {
6800                         /*
6801                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6802                          * proportionate to the zone's size.
6803                          */
6804                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6805                 }
6806
6807                 /*
6808                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6809                  * scale factor in proportion to available memory, but
6810                  * ensure a minimum size on small systems.
6811                  */
6812                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6813                             mult_frac(zone->managed_pages,
6814                                       watermark_scale_factor, 10000));
6815
6816                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6817                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6818
6819                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6820                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6821                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6822
6823                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6824         }
6825
6826         /* update totalreserve_pages */
6827         calculate_totalreserve_pages();
6828 }
6829
6830 /**
6831  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6832  * or when memory is hot-{added|removed}
6833  *
6834  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6835  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6836  */
6837 void setup_per_zone_wmarks(void)
6838 {
6839         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6840         __setup_per_zone_wmarks();
6841         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6842 }
6843
6844 /*
6845  * Initialise min_free_kbytes.
6846  *
6847  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6848  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6849  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6850  *
6851  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6852  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6853  *
6854  * which yields
6855  *
6856  * 16MB:        512k
6857  * 32MB:        724k
6858  * 64MB:        1024k
6859  * 128MB:       1448k
6860  * 256MB:       2048k
6861  * 512MB:       2896k
6862  * 1024MB:      4096k
6863  * 2048MB:      5792k
6864  * 4096MB:      8192k
6865  * 8192MB:      11584k
6866  * 16384MB:     16384k
6867  */
6868 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6869 {
6870         unsigned long lowmem_kbytes;
6871         int new_min_free_kbytes;
6872
6873         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6874         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6875
6876         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6877                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6878                 if (min_free_kbytes < 128)
6879                         min_free_kbytes = 128;
6880                 if (min_free_kbytes > 65536)
6881                         min_free_kbytes = 65536;
6882         } else {
6883                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6884                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6885         }
6886         setup_per_zone_wmarks();
6887         refresh_zone_stat_thresholds();
6888         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6889         return 0;
6890 }
6891 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6892
6893 /*
6894  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6895  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6896  *      changes.
6897  */
6898 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6899         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6900 {
6901         int rc;
6902
6903         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6904         if (rc)
6905                 return rc;
6906
6907         if (write) {
6908                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6909                 setup_per_zone_wmarks();
6910         }
6911         return 0;
6912 }
6913
6914 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6915         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6916 {
6917         int rc;
6918
6919         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6920         if (rc)
6921                 return rc;
6922
6923         if (write)
6924                 setup_per_zone_wmarks();
6925
6926         return 0;
6927 }
6928
6929 #ifdef CONFIG_NUMA
6930 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6931         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6932 {
6933         struct zone *zone;
6934         int rc;
6935
6936         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6937         if (rc)
6938                 return rc;
6939
6940         for_each_zone(zone)
6941                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6942                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6943         return 0;
6944 }
6945
6946 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6947         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6948 {
6949         struct zone *zone;
6950         int rc;
6951
6952         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6953         if (rc)
6954                 return rc;
6955
6956         for_each_zone(zone)
6957                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6958                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6959         return 0;
6960 }
6961 #endif
6962
6963 /*
6964  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6965  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6966  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6967  *
6968  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6969  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6970  * if in function of the boot time zone sizes.
6971  */
6972 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6973         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6974 {
6975         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6976         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6977         return 0;
6978 }
6979
6980 /*
6981  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6982  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6983  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6984  */
6985 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6986         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6987 {
6988         struct zone *zone;
6989         int old_percpu_pagelist_fraction;
6990         int ret;
6991
6992         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6993         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6994
6995         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6996         if (!write || ret < 0)
6997                 goto out;
6998
6999         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7000         if (percpu_pagelist_fraction &&
7001             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7002                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7003                 ret = -EINVAL;
7004                 goto out;
7005         }
7006
7007         /* No change? */
7008         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7009                 goto out;
7010
7011         for_each_populated_zone(zone) {
7012                 unsigned int cpu;
7013
7014                 for_each_possible_cpu(cpu)
7015                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7016                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7017         }
7018 out:
7019         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7020         return ret;
7021 }
7022
7023 #ifdef CONFIG_NUMA
7024 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7025
7026 static int __init set_hashdist(char *str)
7027 {
7028         if (!str)
7029                 return 0;
7030         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7031         return 1;
7032 }
7033 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7034 #endif
7035
7036 /*
7037  * allocate a large system hash table from bootmem
7038  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7039  *   quantity of entries
7040  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7041  */
7042 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7043                                      unsigned long bucketsize,
7044                                      unsigned long numentries,
7045                                      int scale,
7046                                      int flags,
7047                                      unsigned int *_hash_shift,
7048                                      unsigned int *_hash_mask,
7049                                      unsigned long low_limit,
7050                                      unsigned long high_limit)
7051 {
7052         unsigned long long max = high_limit;
7053         unsigned long log2qty, size;
7054         void *table = NULL;
7055
7056         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7057         if (!numentries) {
7058                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7059                 numentries = nr_kernel_pages;
7060
7061                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7062                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7063                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7064
7065                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7066                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7067                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7068                 else
7069                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7070
7071                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7072                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7073                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7074                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7075                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7076                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7077                                 BUG_ON(!numentries);
7078                         }
7079                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7080                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7081         }
7082         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7083
7084         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7085         if (max == 0) {
7086                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7087                 do_div(max, bucketsize);
7088         }
7089         max = min(max, 0x80000000ULL);
7090
7091         if (numentries < low_limit)
7092                 numentries = low_limit;
7093         if (numentries > max)
7094                 numentries = max;
7095
7096         log2qty = ilog2(numentries);
7097
7098         do {
7099                 size = bucketsize << log2qty;
7100                 if (flags & HASH_EARLY)
7101                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7102                 else if (hashdist)
7103                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7104                 else {
7105                         /*
7106                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7107                          * some pages at the end of hash table which
7108                          * alloc_pages_exact() automatically does
7109                          */
7110                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7111                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7112                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7113                         }
7114                 }
7115         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7116
7117         if (!table)
7118                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7119
7120         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7121                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7122
7123         if (_hash_shift)
7124                 *_hash_shift = log2qty;
7125         if (_hash_mask)
7126                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7127
7128         return table;
7129 }
7130
7131 /*
7132  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7133  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7134  *
7135  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7136  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7137  * expect this function should be exact.
7138  */
7139 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7140                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7141 {
7142         unsigned long pfn, iter, found;
7143         int mt;
7144
7145         /*
7146          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7147          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7148          */
7149         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7150                 return false;
7151         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7152         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7153                 return false;
7154
7155         pfn = page_to_pfn(page);
7156         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7157                 unsigned long check = pfn + iter;
7158
7159                 if (!pfn_valid_within(check))
7160                         continue;
7161
7162                 page = pfn_to_page(check);
7163
7164                 /*
7165                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7166                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7167                  * handle each tail page individually in migration.
7168                  */
7169                 if (PageHuge(page)) {
7170                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7171                         continue;
7172                 }
7173
7174                 /*
7175                  * We can't use page_count without pin a page
7176                  * because another CPU can free compound page.
7177                  * This check already skips compound tails of THP
7178                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7179                  */
7180                 if (!page_ref_count(page)) {
7181                         if (PageBuddy(page))
7182                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7183                         continue;
7184                 }
7185
7186                 /*
7187                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7188                  * page_count() is not 0.
7189                  */
7190                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7191                         continue;
7192
7193                 if (!PageLRU(page))
7194                         found++;
7195                 /*
7196                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7197                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7198                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7199                  */
7200                 /*
7201                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7202                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7203                  *
7204                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7205                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7206                  * page at boot.
7207                  */
7208                 if (found > count)
7209                         return true;
7210         }
7211         return false;
7212 }
7213
7214 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7215 {
7216         struct zone *zone;
7217         unsigned long pfn;
7218
7219         /*
7220          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7221          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7222          * the zone but still within the section.
7223          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7224          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7225          */
7226         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7227                 return false;
7228
7229         zone = page_zone(page);
7230         pfn = page_to_pfn(page);
7231         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7232                 return false;
7233
7234         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7235 }
7236
7237 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7238
7239 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7240 {
7241         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7242                              pageblock_nr_pages) - 1);
7243 }
7244
7245 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7246 {
7247         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7248                                 pageblock_nr_pages));
7249 }
7250
7251 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7252 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7253                                         unsigned long start, unsigned long end)
7254 {
7255         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7256         unsigned long nr_reclaimed;
7257         unsigned long pfn = start;
7258         unsigned int tries = 0;
7259         int ret = 0;
7260
7261         migrate_prep();
7262
7263         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7264                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7265                         ret = -EINTR;
7266                         break;
7267                 }
7268
7269                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7270                         cc->nr_migratepages = 0;
7271                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7272                         if (!pfn) {
7273                                 ret = -EINTR;
7274                                 break;
7275                         }
7276                         tries = 0;
7277                 } else if (++tries == 5) {
7278                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7279                         break;
7280                 }
7281
7282                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7283                                                         &cc->migratepages);
7284                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7285
7286                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7287                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7288         }
7289         if (ret < 0) {
7290                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7291                 return ret;
7292         }
7293         return 0;
7294 }
7295
7296 /**
7297  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7298  * @start:      start PFN to allocate
7299  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7300  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7301  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7302  *                      in range must have the same migratetype and it must
7303  *                      be either of the two.
7304  *
7305  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7306  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7307  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7308  * pages fall in.
7309  *
7310  * The PFN range must belong to a single zone.
7311  *
7312  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7313  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7314  * need to be freed with free_contig_range().
7315  */
7316 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7317                        unsigned migratetype)
7318 {
7319         unsigned long outer_start, outer_end;
7320         unsigned int order;
7321         int ret = 0;
7322
7323         struct compact_control cc = {
7324                 .nr_migratepages = 0,
7325                 .order = -1,
7326                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7327                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7328                 .ignore_skip_hint = true,
7329         };
7330         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7331
7332         /*
7333          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7334          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7335          * have different sizes, and due to the way page allocator
7336          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7337          * that page allocator won't try to merge buddies from
7338          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7339          * other migration type.
7340          *
7341          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7342          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7343          * we are interested in).  This will put all the pages in
7344          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7345          *
7346          * When this is done, we take the pages in range from page
7347          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7348          * page allocator will never consider using them.
7349          *
7350          * This lets us mark the pageblocks back as
7351          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7352          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7353          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7354          */
7355
7356         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7357                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7358                                        false);
7359         if (ret)
7360                 return ret;
7361
7362         /*
7363          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7364          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7365          */
7366         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7367         if (ret && ret != -EBUSY)
7368                 goto done;
7369
7370         /*
7371          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7372          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7373          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7374          * What we are going to do is to allocate all pages from
7375          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7376          *
7377          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7378          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7379          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7380          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7381          * once this is done free the pages we are not interested in.
7382          *
7383          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7384          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7385          */
7386
7387         lru_add_drain_all();
7388         drain_all_pages(cc.zone);
7389
7390         order = 0;
7391         outer_start = start;
7392         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7393                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7394                         outer_start = start;
7395                         break;
7396                 }
7397                 outer_start &= ~0UL << order;
7398         }
7399
7400         if (outer_start != start) {
7401                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7402
7403                 /*
7404                  * outer_start page could be small order buddy page and
7405                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7406                  * in this case to report failed page properly
7407                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7408                  */
7409                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7410                         outer_start = start;
7411         }
7412
7413         /* Make sure the range is really isolated. */
7414         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7415                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7416                         __func__, outer_start, end);
7417                 ret = -EBUSY;
7418                 goto done;
7419         }
7420
7421         /* Grab isolated pages from freelists. */
7422         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7423         if (!outer_end) {
7424                 ret = -EBUSY;
7425                 goto done;
7426         }
7427
7428         /* Free head and tail (if any) */
7429         if (start != outer_start)
7430                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7431         if (end != outer_end)
7432                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7433
7434 done:
7435         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7436                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7437         return ret;
7438 }
7439
7440 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7441 {
7442         unsigned int count = 0;
7443
7444         for (; nr_pages--; pfn++) {
7445                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7446
7447                 count += page_count(page) != 1;
7448                 __free_page(page);
7449         }
7450         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7451 }
7452 #endif
7453
7454 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7455 /*
7456  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7457  * page high values need to be recalulated.
7458  */
7459 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7460 {
7461         unsigned cpu;
7462         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7463         for_each_possible_cpu(cpu)
7464                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7465                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7466         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7467 }
7468 #endif
7469
7470 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7471 {
7472         unsigned long flags;
7473         int cpu;
7474         struct per_cpu_pageset *pset;
7475
7476         /* avoid races with drain_pages()  */
7477         local_irq_save(flags);
7478         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7479                 for_each_online_cpu(cpu) {
7480                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7481                         drain_zonestat(zone, pset);
7482                 }
7483                 free_percpu(zone->pageset);
7484                 zone->pageset = &boot_pageset;
7485         }
7486         local_irq_restore(flags);
7487 }
7488
7489 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7490 /*
7491  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7492  * before calling this.
7493  */
7494 void
7495 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7496 {
7497         struct page *page;
7498         struct zone *zone;
7499         unsigned int order, i;
7500         unsigned long pfn;
7501         unsigned long flags;
7502         /* find the first valid pfn */
7503         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7504                 if (pfn_valid(pfn))
7505                         break;
7506         if (pfn == end_pfn)
7507                 return;
7508         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7509         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7510         pfn = start_pfn;
7511         while (pfn < end_pfn) {
7512                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7513                         pfn++;
7514                         continue;
7515                 }
7516                 page = pfn_to_page(pfn);
7517                 /*
7518                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7519                  * page_count() is not 0.
7520                  */
7521                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7522                         pfn++;
7523                         SetPageReserved(page);
7524                         continue;
7525                 }
7526
7527                 BUG_ON(page_count(page));
7528                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7529                 order = page_order(page);
7530 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7531                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7532                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7533 #endif
7534                 list_del(&page->lru);
7535                 rmv_page_order(page);
7536                 zone->free_area[order].nr_free--;
7537                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7538                         SetPageReserved((page+i));
7539                 pfn += (1 << order);
7540         }
7541         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7542 }
7543 #endif
7544
7545 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7546 {
7547         struct zone *zone = page_zone(page);
7548         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7549         unsigned long flags;
7550         unsigned int order;
7551
7552         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7553         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7554                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7555
7556                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7557                         break;
7558         }
7559         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7560
7561         return order < MAX_ORDER;
7562 }