]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/blob - mm/page_alloc.c
mm: use existing helper to convert "on"/"off" to boolean
[karo-tx-linux.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
67 #include <asm/sections.h>
68 #include <asm/tlbflush.h>
69 #include <asm/div64.h>
70 #include "internal.h"
71
72 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
73 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
74 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
75
76 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
77 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
78 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
79 #endif
80
81 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
82 /*
83  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
84  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
85  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
86  * defined in <linux/topology.h>.
87  */
88 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
89 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
90 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
91 #endif
92
93 /*
94  * Array of node states.
95  */
96 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
97         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
98         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifndef CONFIG_NUMA
100         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
102         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
103 #endif
104 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
105         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif
107         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
108 #endif  /* NUMA */
109 };
110 EXPORT_SYMBOL(node_states);
111
112 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
113 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
114
115 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
118
119 int percpu_pagelist_fraction;
120 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
121
122 /*
123  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
124  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
125  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
126  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
127  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
128  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
129  */
130 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
131 {
132         return page->index;
133 }
134
135 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
136 {
137         page->index = migratetype;
138 }
139
140 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
141 /*
142  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
143  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
144  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
145  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
146  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
147  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
148  */
149
150 static gfp_t saved_gfp_mask;
151
152 void pm_restore_gfp_mask(void)
153 {
154         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
155         if (saved_gfp_mask) {
156                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
157                 saved_gfp_mask = 0;
158         }
159 }
160
161 void pm_restrict_gfp_mask(void)
162 {
163         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
164         WARN_ON(saved_gfp_mask);
165         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
166         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
167 }
168
169 bool pm_suspended_storage(void)
170 {
171         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
172                 return false;
173         return true;
174 }
175 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
176
177 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
178 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
179 #endif
180
181 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
182
183 /*
184  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
185  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
186  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
187  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
188  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
189  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
190  *
191  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
192  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
193  */
194 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
195 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
196          256,
197 #endif
198 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
199          256,
200 #endif
201 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
202          32,
203 #endif
204          32,
205 };
206
207 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
208
209 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
210 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
211          "DMA",
212 #endif
213 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
214          "DMA32",
215 #endif
216          "Normal",
217 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
218          "HighMem",
219 #endif
220          "Movable",
221 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
222          "Device",
223 #endif
224 };
225
226 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
227         "Unmovable",
228         "Movable",
229         "Reclaimable",
230         "HighAtomic",
231 #ifdef CONFIG_CMA
232         "CMA",
233 #endif
234 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
235         "Isolate",
236 #endif
237 };
238
239 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
240         NULL,
241         free_compound_page,
242 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
243         free_huge_page,
244 #endif
245 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
246         free_transhuge_page,
247 #endif
248 };
249
250 int min_free_kbytes = 1024;
251 int user_min_free_kbytes = -1;
252 int watermark_scale_factor = 10;
253
254 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
255 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
256 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
257
258 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
259 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
260 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
261 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
262 static unsigned long __initdata required_movablecore;
263 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
264 static bool mirrored_kernelcore;
265
266 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
267 int movable_zone;
268 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
269 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
270
271 #if MAX_NUMNODES > 1
272 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
273 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
274 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
275 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
276 #endif
277
278 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
279
280 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
281 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
282 {
283         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
284 }
285
286 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
287 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
288 {
289         if (pfn >= NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn))->first_deferred_pfn)
290                 return true;
291
292         return false;
293 }
294
295 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
296 {
297         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
298                 return true;
299
300         return false;
301 }
302
303 /*
304  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
305  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
306  */
307 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
308                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
309                                 unsigned long *nr_initialised)
310 {
311         unsigned long max_initialise;
312
313         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
314         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
315                 return true;
316         /*
317          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
318          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
319          */
320         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
321                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
322
323         (*nr_initialised)++;
324         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
325             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
326                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
327                 return false;
328         }
329
330         return true;
331 }
332 #else
333 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
334 {
335 }
336
337 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
338 {
339         return false;
340 }
341
342 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
343 {
344         return false;
345 }
346
347 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
348                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
349                                 unsigned long *nr_initialised)
350 {
351         return true;
352 }
353 #endif
354
355 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
356 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
357                                                         unsigned long pfn)
358 {
359 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
360         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
361 #else
362         return page_zone(page)->pageblock_flags;
363 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
364 }
365
366 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
367 {
368 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
369         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
370         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
371 #else
372         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
373         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
374 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
375 }
376
377 /**
378  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
379  * @page: The page within the block of interest
380  * @pfn: The target page frame number
381  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
382  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
383  *
384  * Return: pageblock_bits flags
385  */
386 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
387                                         unsigned long pfn,
388                                         unsigned long end_bitidx,
389                                         unsigned long mask)
390 {
391         unsigned long *bitmap;
392         unsigned long bitidx, word_bitidx;
393         unsigned long word;
394
395         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
396         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
397         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
398         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
399
400         word = bitmap[word_bitidx];
401         bitidx += end_bitidx;
402         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
403 }
404
405 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
406                                         unsigned long end_bitidx,
407                                         unsigned long mask)
408 {
409         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
410 }
411
412 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
413 {
414         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
415 }
416
417 /**
418  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
419  * @page: The page within the block of interest
420  * @flags: The flags to set
421  * @pfn: The target page frame number
422  * @end_bitidx: The last bit of interest
423  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
424  */
425 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
426                                         unsigned long pfn,
427                                         unsigned long end_bitidx,
428                                         unsigned long mask)
429 {
430         unsigned long *bitmap;
431         unsigned long bitidx, word_bitidx;
432         unsigned long old_word, word;
433
434         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
435
436         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
437         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
438         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
439         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
440
441         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
442
443         bitidx += end_bitidx;
444         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
445         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
446
447         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
448         for (;;) {
449                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
450                 if (word == old_word)
451                         break;
452                 word = old_word;
453         }
454 }
455
456 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
457 {
458         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
459                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
460                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
461
462         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
463                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
464 }
465
466 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
467 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
468 {
469         int ret = 0;
470         unsigned seq;
471         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
472         unsigned long sp, start_pfn;
473
474         do {
475                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
476                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
477                 sp = zone->spanned_pages;
478                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
479                         ret = 1;
480         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
481
482         if (ret)
483                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
484                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
485                         start_pfn, start_pfn + sp);
486
487         return ret;
488 }
489
490 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
491 {
492         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
493                 return 0;
494         if (zone != page_zone(page))
495                 return 0;
496
497         return 1;
498 }
499 /*
500  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
501  */
502 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
503 {
504         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
505                 return 1;
506         if (!page_is_consistent(zone, page))
507                 return 1;
508
509         return 0;
510 }
511 #else
512 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
513 {
514         return 0;
515 }
516 #endif
517
518 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
519                 unsigned long bad_flags)
520 {
521         static unsigned long resume;
522         static unsigned long nr_shown;
523         static unsigned long nr_unshown;
524
525         /* Don't complain about poisoned pages */
526         if (PageHWPoison(page)) {
527                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
528                 return;
529         }
530
531         /*
532          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
533          * or allow a steady drip of one report per second.
534          */
535         if (nr_shown == 60) {
536                 if (time_before(jiffies, resume)) {
537                         nr_unshown++;
538                         goto out;
539                 }
540                 if (nr_unshown) {
541                         pr_alert(
542                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
543                                 nr_unshown);
544                         nr_unshown = 0;
545                 }
546                 nr_shown = 0;
547         }
548         if (nr_shown++ == 0)
549                 resume = jiffies + 60 * HZ;
550
551         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
552                 current->comm, page_to_pfn(page));
553         __dump_page(page, reason);
554         bad_flags &= page->flags;
555         if (bad_flags)
556                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
557                                                 bad_flags, &bad_flags);
558         dump_page_owner(page);
559
560         print_modules();
561         dump_stack();
562 out:
563         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
564         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
565         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
566 }
567
568 /*
569  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
570  *
571  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
572  *
573  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
574  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
575  *
576  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
577  * page destructors. See compound_page_dtors.
578  *
579  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
580  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
581  */
582
583 void free_compound_page(struct page *page)
584 {
585         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
586 }
587
588 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
589 {
590         int i;
591         int nr_pages = 1 << order;
592
593         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
594         set_compound_order(page, order);
595         __SetPageHead(page);
596         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
597                 struct page *p = page + i;
598                 set_page_count(p, 0);
599                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
600                 set_compound_head(p, page);
601         }
602         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
603 }
604
605 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
606 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
607 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
608                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
609 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
610 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
611
612 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
613 {
614         if (!buf)
615                 return -EINVAL;
616         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
617 }
618 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
619
620 static bool need_debug_guardpage(void)
621 {
622         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
623         if (!debug_pagealloc_enabled())
624                 return false;
625
626         return true;
627 }
628
629 static void init_debug_guardpage(void)
630 {
631         if (!debug_pagealloc_enabled())
632                 return;
633
634         _debug_guardpage_enabled = true;
635 }
636
637 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
638         .need = need_debug_guardpage,
639         .init = init_debug_guardpage,
640 };
641
642 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
643 {
644         unsigned long res;
645
646         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
647                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
648                 return 0;
649         }
650         _debug_guardpage_minorder = res;
651         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
652         return 0;
653 }
654 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
655
656 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
657                                 unsigned int order, int migratetype)
658 {
659         struct page_ext *page_ext;
660
661         if (!debug_guardpage_enabled())
662                 return;
663
664         page_ext = lookup_page_ext(page);
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         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
683
684         set_page_private(page, 0);
685         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
686                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
687 }
688 #else
689 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
690 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
691                                 unsigned int order, int migratetype) {}
692 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
693                                 unsigned int order, int migratetype) {}
694 #endif
695
696 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
697 {
698         set_page_private(page, order);
699         __SetPageBuddy(page);
700 }
701
702 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
703 {
704         __ClearPageBuddy(page);
705         set_page_private(page, 0);
706 }
707
708 /*
709  * This function checks whether a page is free && is the buddy
710  * we can do coalesce a page and its buddy if
711  * (a) the buddy is not in a hole &&
712  * (b) the buddy is in the buddy system &&
713  * (c) a page and its buddy have the same order &&
714  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
715  *
716  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
717  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
718  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
719  * serialized by zone->lock.
720  *
721  * For recording page's order, we use page_private(page).
722  */
723 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
724                                                         unsigned int order)
725 {
726         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
727                 return 0;
728
729         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
730                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
731                         return 0;
732
733                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
734
735                 return 1;
736         }
737
738         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
739                 /*
740                  * zone check is done late to avoid uselessly
741                  * calculating zone/node ids for pages that could
742                  * never merge.
743                  */
744                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
745                         return 0;
746
747                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
748
749                 return 1;
750         }
751         return 0;
752 }
753
754 /*
755  * Freeing function for a buddy system allocator.
756  *
757  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
758  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
759  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
760  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
761  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
762  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
763  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
764  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
765  * parts of the VM system.
766  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
767  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
768  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
769  * field.
770  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
771  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
772  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
773  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
774  * triggers coalescing into a block of larger size.
775  *
776  * -- nyc
777  */
778
779 static inline void __free_one_page(struct page *page,
780                 unsigned long pfn,
781                 struct zone *zone, unsigned int order,
782                 int migratetype)
783 {
784         unsigned long page_idx;
785         unsigned long combined_idx;
786         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
787         struct page *buddy;
788         unsigned int max_order;
789
790         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
791
792         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
793         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
794
795         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
796         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
797                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
798
799         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
800
801         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
802         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
803
804 continue_merging:
805         while (order < max_order - 1) {
806                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
807                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
808                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
809                         goto done_merging;
810                 /*
811                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
812                  * merge with it and move up one order.
813                  */
814                 if (page_is_guard(buddy)) {
815                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
816                 } else {
817                         list_del(&buddy->lru);
818                         zone->free_area[order].nr_free--;
819                         rmv_page_order(buddy);
820                 }
821                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
822                 page = page + (combined_idx - page_idx);
823                 page_idx = combined_idx;
824                 order++;
825         }
826         if (max_order < MAX_ORDER) {
827                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
828                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
829                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
830                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
831                  *
832                  * We don't want to hit this code for the more frequent
833                  * low-order merging.
834                  */
835                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
836                         int buddy_mt;
837
838                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
839                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
840                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
841
842                         if (migratetype != buddy_mt
843                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
844                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
845                                 goto done_merging;
846                 }
847                 max_order++;
848                 goto continue_merging;
849         }
850
851 done_merging:
852         set_page_order(page, order);
853
854         /*
855          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
856          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
857          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
858          * that is happening, add the free page to the tail of the list
859          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
860          * as a higher order page
861          */
862         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
863                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
864                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
865                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
866                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
867                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
868                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
869                         list_add_tail(&page->lru,
870                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
871                         goto out;
872                 }
873         }
874
875         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
876 out:
877         zone->free_area[order].nr_free++;
878 }
879
880 /*
881  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
882  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
883  * check if necessary.
884  */
885 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
886                                         unsigned long check_flags)
887 {
888         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
889                 return false;
890
891         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
892                         page_ref_count(page) |
893 #ifdef CONFIG_MEMCG
894                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
895 #endif
896                         (page->flags & check_flags)))
897                 return false;
898
899         return true;
900 }
901
902 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
903 {
904         const char *bad_reason;
905         unsigned long bad_flags;
906
907         bad_reason = NULL;
908         bad_flags = 0;
909
910         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
911                 bad_reason = "nonzero mapcount";
912         if (unlikely(page->mapping != NULL))
913                 bad_reason = "non-NULL mapping";
914         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
915                 bad_reason = "nonzero _refcount";
916         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
917                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
918                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
919         }
920 #ifdef CONFIG_MEMCG
921         if (unlikely(page->mem_cgroup))
922                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
923 #endif
924         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
925 }
926
927 static inline int free_pages_check(struct page *page)
928 {
929         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
930                 return 0;
931
932         /* Something has gone sideways, find it */
933         free_pages_check_bad(page);
934         return 1;
935 }
936
937 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
938 {
939         int ret = 1;
940
941         /*
942          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
943          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
944          */
945         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
946
947         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
948                 ret = 0;
949                 goto out;
950         }
951         switch (page - head_page) {
952         case 1:
953                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
954                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
955                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
956                         goto out;
957                 }
958                 break;
959         case 2:
960                 /*
961                  * the second tail page: ->mapping is
962                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
963                  */
964                 break;
965         default:
966                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
967                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
968                         goto out;
969                 }
970                 break;
971         }
972         if (unlikely(!PageTail(page))) {
973                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
974                 goto out;
975         }
976         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
977                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
978                 goto out;
979         }
980         ret = 0;
981 out:
982         page->mapping = NULL;
983         clear_compound_head(page);
984         return ret;
985 }
986
987 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
988                                         unsigned int order, bool check_free)
989 {
990         int bad = 0;
991
992         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
993
994         trace_mm_page_free(page, order);
995         kmemcheck_free_shadow(page, order);
996         kasan_free_pages(page, order);
997
998         /*
999          * Check tail pages before head page information is cleared to
1000          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1001          */
1002         if (unlikely(order)) {
1003                 bool compound = PageCompound(page);
1004                 int i;
1005
1006                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1007
1008                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1009                         if (compound)
1010                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1011                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1012                                 bad++;
1013                                 continue;
1014                         }
1015                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1016                 }
1017         }
1018         if (PageAnonHead(page))
1019                 page->mapping = NULL;
1020         if (check_free)
1021                 bad += free_pages_check(page);
1022         if (bad)
1023                 return false;
1024
1025         page_cpupid_reset_last(page);
1026         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1027         reset_page_owner(page, order);
1028
1029         if (!PageHighMem(page)) {
1030                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1031                                            PAGE_SIZE << order);
1032                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1033                                            PAGE_SIZE << order);
1034         }
1035         arch_free_page(page, order);
1036         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1037         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1038
1039         return true;
1040 }
1041
1042 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1043 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1044 {
1045         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1046 }
1047
1048 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1049 {
1050         return false;
1051 }
1052 #else
1053 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1054 {
1055         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1056 }
1057
1058 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1059 {
1060         return free_pages_check(page);
1061 }
1062 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1063
1064 /*
1065  * Frees a number of pages from the PCP lists
1066  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1067  * count is the number of pages to free.
1068  *
1069  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1070  * see if this freeing clears that state.
1071  *
1072  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1073  * pinned" detection logic.
1074  */
1075 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1076                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1077 {
1078         int migratetype = 0;
1079         int batch_free = 0;
1080         unsigned long nr_scanned;
1081         bool isolated_pageblocks;
1082
1083         spin_lock(&zone->lock);
1084         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1085         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
1086         if (nr_scanned)
1087                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1088
1089         while (count) {
1090                 struct page *page;
1091                 struct list_head *list;
1092
1093                 /*
1094                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1095                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1096                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1097                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1098                  * lists
1099                  */
1100                 do {
1101                         batch_free++;
1102                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1103                                 migratetype = 0;
1104                         list = &pcp->lists[migratetype];
1105                 } while (list_empty(list));
1106
1107                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1108                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1109                         batch_free = count;
1110
1111                 do {
1112                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1113
1114                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1115                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1116                         list_del(&page->lru);
1117
1118                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1119                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1120                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1121                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1122                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1123                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1124
1125                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1126                                 continue;
1127
1128                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1129                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1130                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1131         }
1132         spin_unlock(&zone->lock);
1133 }
1134
1135 static void free_one_page(struct zone *zone,
1136                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1137                                 unsigned int order,
1138                                 int migratetype)
1139 {
1140         unsigned long nr_scanned;
1141         spin_lock(&zone->lock);
1142         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
1143         if (nr_scanned)
1144                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1145
1146         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1147                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1148                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1149         }
1150         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1151         spin_unlock(&zone->lock);
1152 }
1153
1154 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1155                                 unsigned long zone, int nid)
1156 {
1157         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1158         init_page_count(page);
1159         page_mapcount_reset(page);
1160         page_cpupid_reset_last(page);
1161
1162         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1163 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1164         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1165         if (!is_highmem_idx(zone))
1166                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1167 #endif
1168 }
1169
1170 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1171                                         int nid)
1172 {
1173         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1174 }
1175
1176 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1177 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1178 {
1179         pg_data_t *pgdat;
1180         int nid, zid;
1181
1182         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1183                 return;
1184
1185         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1186         pgdat = NODE_DATA(nid);
1187
1188         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1189                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1190
1191                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1192                         break;
1193         }
1194         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1195 }
1196 #else
1197 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1198 {
1199 }
1200 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1201
1202 /*
1203  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1204  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1205  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1206  * sent to the buddy page allocator.
1207  */
1208 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
1209 {
1210         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1211         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1212
1213         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1214                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1215                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1216
1217                         init_reserved_page(start_pfn);
1218
1219                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1220                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1221
1222                         SetPageReserved(page);
1223                 }
1224         }
1225 }
1226
1227 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1228 {
1229         unsigned long flags;
1230         int migratetype;
1231         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1232
1233         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1234                 return;
1235
1236         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1237         local_irq_save(flags);
1238         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1239         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1240         local_irq_restore(flags);
1241 }
1242
1243 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1244 {
1245         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1246         struct page *p = page;
1247         unsigned int loop;
1248
1249         prefetchw(p);
1250         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1251                 prefetchw(p + 1);
1252                 __ClearPageReserved(p);
1253                 set_page_count(p, 0);
1254         }
1255         __ClearPageReserved(p);
1256         set_page_count(p, 0);
1257
1258         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1259         set_page_refcounted(page);
1260         __free_pages(page, order);
1261 }
1262
1263 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1264         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1265
1266 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1267
1268 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1269 {
1270         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1271         int nid;
1272
1273         spin_lock(&early_pfn_lock);
1274         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1275         if (nid < 0)
1276                 nid = 0;
1277         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1278
1279         return nid;
1280 }
1281 #endif
1282
1283 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1284 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1285                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1286 {
1287         int nid;
1288
1289         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1290         if (nid >= 0 && nid != node)
1291                 return false;
1292         return true;
1293 }
1294
1295 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1296 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1297 {
1298         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1299 }
1300
1301 #else
1302
1303 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1304 {
1305         return true;
1306 }
1307 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1308                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1309 {
1310         return true;
1311 }
1312 #endif
1313
1314
1315 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1316                                                         unsigned int order)
1317 {
1318         if (early_page_uninitialised(pfn))
1319                 return;
1320         return __free_pages_boot_core(page, order);
1321 }
1322
1323 /*
1324  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1325  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1326  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1327  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1328  * pageblocks.
1329  *
1330  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1331  *
1332  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1333  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1334  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1335  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1336  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1337  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1338  * page in a pageblock.
1339  */
1340 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1341                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1342 {
1343         struct page *start_page;
1344         struct page *end_page;
1345
1346         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1347         end_pfn--;
1348
1349         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1350                 return NULL;
1351
1352         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1353
1354         if (page_zone(start_page) != zone)
1355                 return NULL;
1356
1357         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1358
1359         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1360         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1361                 return NULL;
1362
1363         return start_page;
1364 }
1365
1366 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1367 {
1368         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1369         unsigned long block_end_pfn;
1370
1371         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1372         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1373                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1374                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1375
1376                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1377
1378                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1379                                              block_end_pfn, zone))
1380                         return;
1381         }
1382
1383         /* We confirm that there is no hole */
1384         zone->contiguous = true;
1385 }
1386
1387 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1388 {
1389         zone->contiguous = false;
1390 }
1391
1392 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1393 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1394                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1395 {
1396         int i;
1397
1398         if (!page)
1399                 return;
1400
1401         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1402         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1403             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1404                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1405                 __free_pages_boot_core(page, MAX_ORDER-1);
1406                 return;
1407         }
1408
1409         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++)
1410                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1411 }
1412
1413 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1414 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1415 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1416
1417 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1418 {
1419         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1420                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1421 }
1422
1423 /* Initialise remaining memory on a node */
1424 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1425 {
1426         pg_data_t *pgdat = data;
1427         int nid = pgdat->node_id;
1428         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1429         unsigned long start = jiffies;
1430         unsigned long nr_pages = 0;
1431         unsigned long walk_start, walk_end;
1432         int i, zid;
1433         struct zone *zone;
1434         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1435         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1436
1437         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1438                 pgdat_init_report_one_done();
1439                 return 0;
1440         }
1441
1442         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1443         if (!cpumask_empty(cpumask))
1444                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1445
1446         /* Sanity check boundaries */
1447         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1448         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1449         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1450
1451         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1452         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1453                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1454                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1455                         break;
1456         }
1457
1458         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1459                 unsigned long pfn, end_pfn;
1460                 struct page *page = NULL;
1461                 struct page *free_base_page = NULL;
1462                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1463                 int nr_to_free = 0;
1464
1465                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1466                 pfn = first_init_pfn;
1467                 if (pfn < walk_start)
1468                         pfn = walk_start;
1469                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1470                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1471
1472                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1473                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1474                                 goto free_range;
1475
1476                         /*
1477                          * Ensure pfn_valid is checked every
1478                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1479                          */
1480                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1481                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1482                                         page = NULL;
1483                                         goto free_range;
1484                                 }
1485                         }
1486
1487                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1488                                 page = NULL;
1489                                 goto free_range;
1490                         }
1491
1492                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1493                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1494                                 page++;
1495                         } else {
1496                                 nr_pages += nr_to_free;
1497                                 deferred_free_range(free_base_page,
1498                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1499                                 free_base_page = NULL;
1500                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1501
1502                                 page = pfn_to_page(pfn);
1503                                 cond_resched();
1504                         }
1505
1506                         if (page->flags) {
1507                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1508                                 goto free_range;
1509                         }
1510
1511                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1512                         if (!free_base_page) {
1513                                 free_base_page = page;
1514                                 free_base_pfn = pfn;
1515                                 nr_to_free = 0;
1516                         }
1517                         nr_to_free++;
1518
1519                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1520                         continue;
1521 free_range:
1522                         /* Free the current block of pages to allocator */
1523                         nr_pages += nr_to_free;
1524                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1525                                                                 nr_to_free);
1526                         free_base_page = NULL;
1527                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1528                 }
1529
1530                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1531         }
1532
1533         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1534         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1535
1536         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1537                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1538
1539         pgdat_init_report_one_done();
1540         return 0;
1541 }
1542 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1543
1544 void __init page_alloc_init_late(void)
1545 {
1546         struct zone *zone;
1547
1548 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1549         int nid;
1550
1551         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1552         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1553         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1554                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1555         }
1556
1557         /* Block until all are initialised */
1558         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1559
1560         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1561         files_maxfiles_init();
1562 #endif
1563
1564         for_each_populated_zone(zone)
1565                 set_zone_contiguous(zone);
1566 }
1567
1568 #ifdef CONFIG_CMA
1569 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1570 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1571 {
1572         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1573         struct page *p = page;
1574
1575         do {
1576                 __ClearPageReserved(p);
1577                 set_page_count(p, 0);
1578         } while (++p, --i);
1579
1580         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1581
1582         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1583                 i = pageblock_nr_pages;
1584                 p = page;
1585                 do {
1586                         set_page_refcounted(p);
1587                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1588                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1589                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1590         } else {
1591                 set_page_refcounted(page);
1592                 __free_pages(page, pageblock_order);
1593         }
1594
1595         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1596 }
1597 #endif
1598
1599 /*
1600  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1601  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1602  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1603  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1604  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1605  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1606  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1607  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1608  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1609  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1610  *
1611  * -- nyc
1612  */
1613 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1614         int low, int high, struct free_area *area,
1615         int migratetype)
1616 {
1617         unsigned long size = 1 << high;
1618
1619         while (high > low) {
1620                 area--;
1621                 high--;
1622                 size >>= 1;
1623                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1624
1625                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1626                         debug_guardpage_enabled() &&
1627                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1628                         /*
1629                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1630                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1631                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1632                          * pages will stay not present in virtual address space
1633                          */
1634                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1635                         continue;
1636                 }
1637                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1638                 area->nr_free++;
1639                 set_page_order(&page[size], high);
1640         }
1641 }
1642
1643 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1644 {
1645         const char *bad_reason = NULL;
1646         unsigned long bad_flags = 0;
1647
1648         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1649                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1650         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1651                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1652         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1653                 bad_reason = "nonzero _count";
1654         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1655                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1656                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1657         }
1658         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1659                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1660                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1661         }
1662 #ifdef CONFIG_MEMCG
1663         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1664                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1665 #endif
1666         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1667 }
1668
1669 /*
1670  * This page is about to be returned from the page allocator
1671  */
1672 static inline int check_new_page(struct page *page)
1673 {
1674         if (likely(page_expected_state(page,
1675                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1676                 return 0;
1677
1678         check_new_page_bad(page);
1679         return 1;
1680 }
1681
1682 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1683 {
1684         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1685                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1686 }
1687
1688 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1689 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1690 {
1691         return false;
1692 }
1693
1694 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1695 {
1696         return check_new_page(page);
1697 }
1698 #else
1699 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1700 {
1701         return check_new_page(page);
1702 }
1703 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1704 {
1705         return false;
1706 }
1707 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1708
1709 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1710 {
1711         int i;
1712         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1713                 struct page *p = page + i;
1714
1715                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1716                         return true;
1717         }
1718
1719         return false;
1720 }
1721
1722 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1723                                                         unsigned int alloc_flags)
1724 {
1725         int i;
1726         bool poisoned = true;
1727
1728         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1729                 struct page *p = page + i;
1730                 if (poisoned)
1731                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1732         }
1733
1734         set_page_private(page, 0);
1735         set_page_refcounted(page);
1736
1737         arch_alloc_page(page, order);
1738         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1739         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1740         kasan_alloc_pages(page, order);
1741
1742         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1743                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1744                         clear_highpage(page + i);
1745
1746         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1747                 prep_compound_page(page, order);
1748
1749         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1750
1751         /*
1752          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1753          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1754          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1755          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1756          */
1757         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1758                 set_page_pfmemalloc(page);
1759         else
1760                 clear_page_pfmemalloc(page);
1761 }
1762
1763 /*
1764  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1765  * the smallest available page from the freelists
1766  */
1767 static inline
1768 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1769                                                 int migratetype)
1770 {
1771         unsigned int current_order;
1772         struct free_area *area;
1773         struct page *page;
1774
1775         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1776         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1777                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1778                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1779                                                         struct page, lru);
1780                 if (!page)
1781                         continue;
1782                 list_del(&page->lru);
1783                 rmv_page_order(page);
1784                 area->nr_free--;
1785                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1786                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1787                 return page;
1788         }
1789
1790         return NULL;
1791 }
1792
1793
1794 /*
1795  * This array describes the order lists are fallen back to when
1796  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1797  */
1798 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1799         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1800         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1801         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1802 #ifdef CONFIG_CMA
1803         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1804 #endif
1805 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1806         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1807 #endif
1808 };
1809
1810 #ifdef CONFIG_CMA
1811 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1812                                         unsigned int order)
1813 {
1814         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1815 }
1816 #else
1817 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1818                                         unsigned int order) { return NULL; }
1819 #endif
1820
1821 /*
1822  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1823  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1824  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1825  */
1826 int move_freepages(struct zone *zone,
1827                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1828                           int migratetype)
1829 {
1830         struct page *page;
1831         unsigned int order;
1832         int pages_moved = 0;
1833
1834 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1835         /*
1836          * page_zone is not safe to call in this context when
1837          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1838          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1839          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1840          * grouping pages by mobility
1841          */
1842         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1843 #endif
1844
1845         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1846                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1847                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1848
1849                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1850                         page++;
1851                         continue;
1852                 }
1853
1854                 if (!PageBuddy(page)) {
1855                         page++;
1856                         continue;
1857                 }
1858
1859                 order = page_order(page);
1860                 list_move(&page->lru,
1861                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1862                 page += 1 << order;
1863                 pages_moved += 1 << order;
1864         }
1865
1866         return pages_moved;
1867 }
1868
1869 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1870                                 int migratetype)
1871 {
1872         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1873         struct page *start_page, *end_page;
1874
1875         start_pfn = page_to_pfn(page);
1876         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1877         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1878         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1879         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1880
1881         /* Do not cross zone boundaries */
1882         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1883                 start_page = page;
1884         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1885                 return 0;
1886
1887         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1888 }
1889
1890 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1891                                         int start_order, int migratetype)
1892 {
1893         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1894
1895         while (nr_pageblocks--) {
1896                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1897                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1898         }
1899 }
1900
1901 /*
1902  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1903  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1904  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1905  *
1906  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1907  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1908  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1909  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1910  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1911  * pageblocks.
1912  */
1913 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1914 {
1915         /*
1916          * Leaving this order check is intended, although there is
1917          * relaxed order check in next check. The reason is that
1918          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1919          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1920          * so could be changed anytime.
1921          */
1922         if (order >= pageblock_order)
1923                 return true;
1924
1925         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1926                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1927                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1928                 page_group_by_mobility_disabled)
1929                 return true;
1930
1931         return false;
1932 }
1933
1934 /*
1935  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1936  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1937  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1938  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1939  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1940  */
1941 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1942                                                           int start_type)
1943 {
1944         unsigned int current_order = page_order(page);
1945         int pages;
1946
1947         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1948         if (current_order >= pageblock_order) {
1949                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1950                 return;
1951         }
1952
1953         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1954
1955         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1956         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1957                         page_group_by_mobility_disabled)
1958                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1959 }
1960
1961 /*
1962  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1963  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1964  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1965  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1966  */
1967 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1968                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1969 {
1970         int i;
1971         int fallback_mt;
1972
1973         if (area->nr_free == 0)
1974                 return -1;
1975
1976         *can_steal = false;
1977         for (i = 0;; i++) {
1978                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1979                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1980                         break;
1981
1982                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1983                         continue;
1984
1985                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1986                         *can_steal = true;
1987
1988                 if (!only_stealable)
1989                         return fallback_mt;
1990
1991                 if (*can_steal)
1992                         return fallback_mt;
1993         }
1994
1995         return -1;
1996 }
1997
1998 /*
1999  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2000  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2001  */
2002 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2003                                 unsigned int alloc_order)
2004 {
2005         int mt;
2006         unsigned long max_managed, flags;
2007
2008         /*
2009          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2010          * Check is race-prone but harmless.
2011          */
2012         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2013         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2014                 return;
2015
2016         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2017
2018         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2019         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2020                 goto out_unlock;
2021
2022         /* Yoink! */
2023         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2024         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2025                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2026                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2027                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2028                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2029         }
2030
2031 out_unlock:
2032         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2033 }
2034
2035 /*
2036  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2037  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2038  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2039  * to recover from than an OOM.
2040  */
2041 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
2042 {
2043         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2044         unsigned long flags;
2045         struct zoneref *z;
2046         struct zone *zone;
2047         struct page *page;
2048         int order;
2049
2050         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2051                                                                 ac->nodemask) {
2052                 /* Preserve at least one pageblock */
2053                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
2054                         continue;
2055
2056                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2057                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2058                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2059
2060                         page = list_first_entry_or_null(
2061                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2062                                         struct page, lru);
2063                         if (!page)
2064                                 continue;
2065
2066                         /*
2067                          * It should never happen but changes to locking could
2068                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
2069                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
2070                          * and watch for underflows.
2071                          */
2072                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
2073                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2074
2075                         /*
2076                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2077                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2078                          * is doing the work and needs the pages. More
2079                          * importantly, if the block was always converted to
2080                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2081                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2082                          * may increase.
2083                          */
2084                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2085                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2086                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2087                         return;
2088                 }
2089                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2090         }
2091 }
2092
2093 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2094 static inline struct page *
2095 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2096 {
2097         struct free_area *area;
2098         unsigned int current_order;
2099         struct page *page;
2100         int fallback_mt;
2101         bool can_steal;
2102
2103         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2104         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2105                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2106                                 --current_order) {
2107                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2108                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2109                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2110                 if (fallback_mt == -1)
2111                         continue;
2112
2113                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2114                                                 struct page, lru);
2115                 if (can_steal)
2116                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2117
2118                 /* Remove the page from the freelists */
2119                 area->nr_free--;
2120                 list_del(&page->lru);
2121                 rmv_page_order(page);
2122
2123                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2124                                         start_migratetype);
2125                 /*
2126                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2127                  * migratetype depending on the decisions in
2128                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2129                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2130                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2131                  */
2132                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2133
2134                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2135                         start_migratetype, fallback_mt);
2136
2137                 return page;
2138         }
2139
2140         return NULL;
2141 }
2142
2143 /*
2144  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2145  * Call me with the zone->lock already held.
2146  */
2147 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2148                                 int migratetype)
2149 {
2150         struct page *page;
2151
2152         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2153         if (unlikely(!page)) {
2154                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2155                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2156
2157                 if (!page)
2158                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2159         }
2160
2161         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2162         return page;
2163 }
2164
2165 /*
2166  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2167  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2168  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2169  */
2170 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2171                         unsigned long count, struct list_head *list,
2172                         int migratetype, bool cold)
2173 {
2174         int i;
2175
2176         spin_lock(&zone->lock);
2177         for (i = 0; i < count; ++i) {
2178                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2179                 if (unlikely(page == NULL))
2180                         break;
2181
2182                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2183                         continue;
2184
2185                 /*
2186                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2187                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2188                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2189                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2190                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2191                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2192                  * properly.
2193                  */
2194                 if (likely(!cold))
2195                         list_add(&page->lru, list);
2196                 else
2197                         list_add_tail(&page->lru, list);
2198                 list = &page->lru;
2199                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2200                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2201                                               -(1 << order));
2202         }
2203         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2204         spin_unlock(&zone->lock);
2205         return i;
2206 }
2207
2208 #ifdef CONFIG_NUMA
2209 /*
2210  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2211  * currently executing processor on remote nodes after they have
2212  * expired.
2213  *
2214  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2215  * a single processor.
2216  */
2217 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2218 {
2219         unsigned long flags;
2220         int to_drain, batch;
2221
2222         local_irq_save(flags);
2223         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2224         to_drain = min(pcp->count, batch);
2225         if (to_drain > 0) {
2226                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2227                 pcp->count -= to_drain;
2228         }
2229         local_irq_restore(flags);
2230 }
2231 #endif
2232
2233 /*
2234  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2235  *
2236  * The processor must either be the current processor and the
2237  * thread pinned to the current processor or a processor that
2238  * is not online.
2239  */
2240 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2241 {
2242         unsigned long flags;
2243         struct per_cpu_pageset *pset;
2244         struct per_cpu_pages *pcp;
2245
2246         local_irq_save(flags);
2247         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2248
2249         pcp = &pset->pcp;
2250         if (pcp->count) {
2251                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2252                 pcp->count = 0;
2253         }
2254         local_irq_restore(flags);
2255 }
2256
2257 /*
2258  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2259  *
2260  * The processor must either be the current processor and the
2261  * thread pinned to the current processor or a processor that
2262  * is not online.
2263  */
2264 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2265 {
2266         struct zone *zone;
2267
2268         for_each_populated_zone(zone) {
2269                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2270         }
2271 }
2272
2273 /*
2274  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2275  *
2276  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2277  * the single zone's pages.
2278  */
2279 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2280 {
2281         int cpu = smp_processor_id();
2282
2283         if (zone)
2284                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2285         else
2286                 drain_pages(cpu);
2287 }
2288
2289 /*
2290  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2291  *
2292  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2293  *
2294  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2295  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2296  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2297  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2298  * before the call to on_each_cpu_mask().
2299  */
2300 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2301 {
2302         int cpu;
2303
2304         /*
2305          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2306          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2307          */
2308         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2309
2310         /*
2311          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2312          * as offline notification will cause the notified
2313          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2314          * disables preemption as part of its processing
2315          */
2316         for_each_online_cpu(cpu) {
2317                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2318                 struct zone *z;
2319                 bool has_pcps = false;
2320
2321                 if (zone) {
2322                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2323                         if (pcp->pcp.count)
2324                                 has_pcps = true;
2325                 } else {
2326                         for_each_populated_zone(z) {
2327                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2328                                 if (pcp->pcp.count) {
2329                                         has_pcps = true;
2330                                         break;
2331                                 }
2332                         }
2333                 }
2334
2335                 if (has_pcps)
2336                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2337                 else
2338                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2339         }
2340         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2341                                                                 zone, 1);
2342 }
2343
2344 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2345
2346 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2347 {
2348         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2349         unsigned long flags;
2350         unsigned int order, t;
2351         struct page *page;
2352
2353         if (zone_is_empty(zone))
2354                 return;
2355
2356         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2357
2358         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2359         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2360                 if (pfn_valid(pfn)) {
2361                         page = pfn_to_page(pfn);
2362
2363                         if (page_zone(page) != zone)
2364                                 continue;
2365
2366                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2367                                 swsusp_unset_page_free(page);
2368                 }
2369
2370         for_each_migratetype_order(order, t) {
2371                 list_for_each_entry(page,
2372                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2373                         unsigned long i;
2374
2375                         pfn = page_to_pfn(page);
2376                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2377                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2378                 }
2379         }
2380         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2381 }
2382 #endif /* CONFIG_PM */
2383
2384 /*
2385  * Free a 0-order page
2386  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2387  */
2388 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2389 {
2390         struct zone *zone = page_zone(page);
2391         struct per_cpu_pages *pcp;
2392         unsigned long flags;
2393         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2394         int migratetype;
2395
2396         if (!free_pcp_prepare(page))
2397                 return;
2398
2399         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2400         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2401         local_irq_save(flags);
2402         __count_vm_event(PGFREE);
2403
2404         /*
2405          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2406          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2407          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2408          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2409          * excessively into the page allocator
2410          */
2411         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2412                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2413                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2414                         goto out;
2415                 }
2416                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2417         }
2418
2419         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2420         if (!cold)
2421                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2422         else
2423                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2424         pcp->count++;
2425         if (pcp->count >= pcp->high) {
2426                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2427                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2428                 pcp->count -= batch;
2429         }
2430
2431 out:
2432         local_irq_restore(flags);
2433 }
2434
2435 /*
2436  * Free a list of 0-order pages
2437  */
2438 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2439 {
2440         struct page *page, *next;
2441
2442         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2443                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2444                 free_hot_cold_page(page, cold);
2445         }
2446 }
2447
2448 /*
2449  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2450  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2451  * Each sub-page must be freed individually.
2452  *
2453  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2454  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2455  */
2456 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2457 {
2458         int i;
2459         gfp_t gfp_mask;
2460
2461         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2462         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2463
2464 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2465         /*
2466          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2467          * otherwise free the whole shadow.
2468          */
2469         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2470                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2471 #endif
2472
2473         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2474         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2475         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2476                 set_page_refcounted(page + i);
2477                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2478         }
2479 }
2480 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2481
2482 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2483 {
2484         unsigned long watermark;
2485         struct zone *zone;
2486         int mt;
2487
2488         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2489
2490         zone = page_zone(page);
2491         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2492
2493         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2494                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2495                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2496                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2497                         return 0;
2498
2499                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2500         }
2501
2502         /* Remove page from free list */
2503         list_del(&page->lru);
2504         zone->free_area[order].nr_free--;
2505         rmv_page_order(page);
2506
2507         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2508
2509         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2510         if (order >= pageblock_order - 1) {
2511                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2512                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2513                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2514                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2515                                 set_pageblock_migratetype(page,
2516                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2517                 }
2518         }
2519
2520
2521         return 1UL << order;
2522 }
2523
2524 /*
2525  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2526  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2527  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2528  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2529  * are enabled.
2530  *
2531  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2532  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2533  */
2534 int split_free_page(struct page *page)
2535 {
2536         unsigned int order;
2537         int nr_pages;
2538
2539         order = page_order(page);
2540
2541         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2542         if (!nr_pages)
2543                 return 0;
2544
2545         /* Split into individual pages */
2546         set_page_refcounted(page);
2547         split_page(page, order);
2548         return nr_pages;
2549 }
2550
2551 /*
2552  * Update NUMA hit/miss statistics
2553  *
2554  * Must be called with interrupts disabled.
2555  *
2556  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2557  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2558  * memory on behalf of other processes.
2559  */
2560 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2561                                                                 gfp_t flags)
2562 {
2563 #ifdef CONFIG_NUMA
2564         int local_nid = numa_node_id();
2565         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2566
2567         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2568                 local_stat = NUMA_OTHER;
2569                 local_nid = preferred_zone->node;
2570         }
2571
2572         if (z->node == local_nid) {
2573                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2574                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2575         } else {
2576                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2577                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2578         }
2579 #endif
2580 }
2581
2582 /*
2583  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2584  */
2585 static inline
2586 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2587                         struct zone *zone, unsigned int order,
2588                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2589                         int migratetype)
2590 {
2591         unsigned long flags;
2592         struct page *page;
2593         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2594
2595         if (likely(order == 0)) {
2596                 struct per_cpu_pages *pcp;
2597                 struct list_head *list;
2598
2599                 local_irq_save(flags);
2600                 do {
2601                         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2602                         list = &pcp->lists[migratetype];
2603                         if (list_empty(list)) {
2604                                 pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2605                                                 pcp->batch, list,
2606                                                 migratetype, cold);
2607                                 if (unlikely(list_empty(list)))
2608                                         goto failed;
2609                         }
2610
2611                         if (cold)
2612                                 page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2613                         else
2614                                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2615                 } while (page && check_new_pcp(page));
2616
2617                 __dec_zone_state(zone, NR_ALLOC_BATCH);
2618                 list_del(&page->lru);
2619                 pcp->count--;
2620         } else {
2621                 /*
2622                  * We most definitely don't want callers attempting to
2623                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2624                  */
2625                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2626                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2627
2628                 do {
2629                         page = NULL;
2630                         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2631                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2632                                 if (page)
2633                                         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2634                         }
2635                         if (!page)
2636                                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2637                 } while (page && check_new_pages(page, order));
2638                 spin_unlock(&zone->lock);
2639                 if (!page)
2640                         goto failed;
2641                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2642                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2643                                           get_pcppage_migratetype(page));
2644         }
2645
2646         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2647             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2648                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2649
2650         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2651         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2652         local_irq_restore(flags);
2653
2654         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2655         return page;
2656
2657 failed:
2658         local_irq_restore(flags);
2659         return NULL;
2660 }
2661
2662 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2663
2664 static struct {
2665         struct fault_attr attr;
2666
2667         bool ignore_gfp_highmem;
2668         bool ignore_gfp_reclaim;
2669         u32 min_order;
2670 } fail_page_alloc = {
2671         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2672         .ignore_gfp_reclaim = true,
2673         .ignore_gfp_highmem = true,
2674         .min_order = 1,
2675 };
2676
2677 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2678 {
2679         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2680 }
2681 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2682
2683 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2684 {
2685         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2686                 return false;
2687         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2688                 return false;
2689         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2690                 return false;
2691         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2692                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2693                 return false;
2694
2695         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2696 }
2697
2698 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2699
2700 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2701 {
2702         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2703         struct dentry *dir;
2704
2705         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2706                                         &fail_page_alloc.attr);
2707         if (IS_ERR(dir))
2708                 return PTR_ERR(dir);
2709
2710         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2711                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2712                 goto fail;
2713         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2714                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2715                 goto fail;
2716         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2717                                 &fail_page_alloc.min_order))
2718                 goto fail;
2719
2720         return 0;
2721 fail:
2722         debugfs_remove_recursive(dir);
2723
2724         return -ENOMEM;
2725 }
2726
2727 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2728
2729 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2730
2731 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2732
2733 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2734 {
2735         return false;
2736 }
2737
2738 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2739
2740 /*
2741  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2742  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2743  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2744  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2745  */
2746 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2747                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2748                          long free_pages)
2749 {
2750         long min = mark;
2751         int o;
2752         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2753
2754         /* free_pages may go negative - that's OK */
2755         free_pages -= (1 << order) - 1;
2756
2757         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2758                 min -= min / 2;
2759
2760         /*
2761          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2762          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2763          * atomic reserve but it avoids a search.
2764          */
2765         if (likely(!alloc_harder))
2766                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2767         else
2768                 min -= min / 4;
2769
2770 #ifdef CONFIG_CMA
2771         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2772         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2773                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2774 #endif
2775
2776         /*
2777          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2778          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2779          * even if a suitable page happened to be free.
2780          */
2781         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2782                 return false;
2783
2784         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2785         if (!order)
2786                 return true;
2787
2788         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2789         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2790                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2791                 int mt;
2792
2793                 if (!area->nr_free)
2794                         continue;
2795
2796                 if (alloc_harder)
2797                         return true;
2798
2799                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2800                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2801                                 return true;
2802                 }
2803
2804 #ifdef CONFIG_CMA
2805                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2806                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2807                         return true;
2808                 }
2809 #endif
2810         }
2811         return false;
2812 }
2813
2814 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2815                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2816 {
2817         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2818                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2819 }
2820
2821 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2822                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2823 {
2824         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2825         long cma_pages = 0;
2826
2827 #ifdef CONFIG_CMA
2828         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2829         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2830                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2831 #endif
2832
2833         /*
2834          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2835          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2836          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2837          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2838          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2839          */
2840         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2841                 return true;
2842
2843         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2844                                         free_pages);
2845 }
2846
2847 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2848                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2849 {
2850         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2851
2852         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2853                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2854
2855         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2856                                                                 free_pages);
2857 }
2858
2859 #ifdef CONFIG_NUMA
2860 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2861 {
2862         return local_zone->node == zone->node;
2863 }
2864
2865 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2866 {
2867         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2868                                 RECLAIM_DISTANCE;
2869 }
2870 #else   /* CONFIG_NUMA */
2871 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2872 {
2873         return true;
2874 }
2875
2876 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2877 {
2878         return true;
2879 }
2880 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2881
2882 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2883 {
2884         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2885
2886         do {
2887                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2888                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2889                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2890                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2891         } while (zone++ != preferred_zone);
2892 }
2893
2894 /*
2895  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2896  * a page.
2897  */
2898 static struct page *
2899 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2900                                                 const struct alloc_context *ac)
2901 {
2902         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2903         struct zone *zone;
2904         bool fair_skipped = false;
2905         bool apply_fair = (alloc_flags & ALLOC_FAIR);
2906
2907 zonelist_scan:
2908         /*
2909          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2910          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2911          */
2912         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2913                                                                 ac->nodemask) {
2914                 struct page *page;
2915                 unsigned long mark;
2916
2917                 if (cpusets_enabled() &&
2918                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2919                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2920                                 continue;
2921                 /*
2922                  * Distribute pages in proportion to the individual
2923                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2924                  * page was allocated in should have no effect on the
2925                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2926                  */
2927                 if (apply_fair) {
2928                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2929                                 fair_skipped = true;
2930                                 continue;
2931                         }
2932                         if (!zone_local(ac->preferred_zoneref->zone, zone)) {
2933                                 if (fair_skipped)
2934                                         goto reset_fair;
2935                                 apply_fair = false;
2936                         }
2937                 }
2938                 /*
2939                  * When allocating a page cache page for writing, we
2940                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2941                  * limit, such that no single zone holds more than its
2942                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2943                  * The dirty limits take into account the zone's
2944                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2945                  * should be able to balance it without having to
2946                  * write pages from its LRU list.
2947                  *
2948                  * This may look like it could increase pressure on
2949                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2950                  * before they are full.  But the pages that do spill
2951                  * over are limited as the lower zones are protected
2952                  * by this very same mechanism.  It should not become
2953                  * a practical burden to them.
2954                  *
2955                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2956                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2957                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2958                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2959                  * zones are together not big enough to reach the
2960                  * global limit.  The proper fix for these situations
2961                  * will require awareness of zones in the
2962                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2963                  */
2964                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2965                         continue;
2966
2967                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2968                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
2969                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
2970                         int ret;
2971
2972                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2973                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2974                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2975                                 goto try_this_zone;
2976
2977                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2978                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
2979                                 continue;
2980
2981                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2982                         switch (ret) {
2983                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2984                                 /* did not scan */
2985                                 continue;
2986                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2987                                 /* scanned but unreclaimable */
2988                                 continue;
2989                         default:
2990                                 /* did we reclaim enough */
2991                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2992                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
2993                                         goto try_this_zone;
2994
2995                                 continue;
2996                         }
2997                 }
2998
2999 try_this_zone:
3000                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3001                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3002                 if (page) {
3003                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3004
3005                         /*
3006                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3007                          * if the pageblock should be reserved for the future
3008                          */
3009                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3010                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3011
3012                         return page;
3013                 }
3014         }
3015
3016         /*
3017          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
3018          * local node.  However, the local node might have free pages left
3019          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
3020          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
3021          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
3022          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
3023          */
3024         if (fair_skipped) {
3025 reset_fair:
3026                 apply_fair = false;
3027                 fair_skipped = false;
3028                 reset_alloc_batches(ac->preferred_zoneref->zone);
3029                 goto zonelist_scan;
3030         }
3031
3032         return NULL;
3033 }
3034
3035 /*
3036  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3037  * meminfo in irq context.
3038  */
3039 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3040 {
3041         bool ret = false;
3042
3043 #if NODES_SHIFT > 8
3044         ret = in_interrupt();
3045 #endif
3046         return ret;
3047 }
3048
3049 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
3050                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3051                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3052
3053 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
3054 {
3055         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3056
3057         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3058             debug_guardpage_minorder() > 0)
3059                 return;
3060
3061         /*
3062          * This documents exceptions given to allocations in certain
3063          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3064          * of allowed nodes.
3065          */
3066         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3067                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3068                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3069                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3070         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3071                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3072
3073         if (fmt) {
3074                 struct va_format vaf;
3075                 va_list args;
3076
3077                 va_start(args, fmt);
3078
3079                 vaf.fmt = fmt;
3080                 vaf.va = &args;
3081
3082                 pr_warn("%pV", &vaf);
3083
3084                 va_end(args);
3085         }
3086
3087         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
3088                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
3089         dump_stack();
3090         if (!should_suppress_show_mem())
3091                 show_mem(filter);
3092 }
3093
3094 static inline struct page *
3095 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3096         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3097 {
3098         struct oom_control oc = {
3099                 .zonelist = ac->zonelist,
3100                 .nodemask = ac->nodemask,
3101                 .gfp_mask = gfp_mask,
3102                 .order = order,
3103         };
3104         struct page *page;
3105
3106         *did_some_progress = 0;
3107
3108         /*
3109          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3110          * making progress for us.
3111          */
3112         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3113                 *did_some_progress = 1;
3114                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3115                 return NULL;
3116         }
3117
3118         /*
3119          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3120          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3121          * we're still under heavy pressure.
3122          */
3123         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3124                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3125         if (page)
3126                 goto out;
3127
3128         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3129                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3130                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3131                         goto out;
3132                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3133                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3134                         goto out;
3135                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3136                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3137                         goto out;
3138                 if (pm_suspended_storage())
3139                         goto out;
3140                 /*
3141                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3142                  * other request to make a forward progress.
3143                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3144                  * do much for this context but let's try it to at least get
3145                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
3146                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3147                  * failures more gracefully we should just bail out here.
3148                  */
3149
3150                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3151                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3152                         goto out;
3153         }
3154         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3155         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3156                 *did_some_progress = 1;
3157
3158                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3159                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3160                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
3161                         /*
3162                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3163                          * are depleted
3164                          */
3165                         if (!page)
3166                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3167                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3168                 }
3169         }
3170 out:
3171         mutex_unlock(&oom_lock);
3172         return page;
3173 }
3174
3175
3176 /*
3177  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3178  * killer is consider as the only way to move forward.
3179  */
3180 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3181
3182 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3183 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3184 static struct page *
3185 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3186                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3187                 enum migrate_mode mode, enum compact_result *compact_result)
3188 {
3189         struct page *page;
3190         int contended_compaction;
3191
3192         if (!order)
3193                 return NULL;
3194
3195         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3196         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3197                                                 mode, &contended_compaction);
3198         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3199
3200         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3201                 return NULL;
3202
3203         /*
3204          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3205          * count a compaction stall
3206          */
3207         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3208
3209         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3210                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3211
3212         if (page) {
3213                 struct zone *zone = page_zone(page);
3214
3215                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3216                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3217                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3218                 return page;
3219         }
3220
3221         /*
3222          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3223          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3224          */
3225         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3226
3227         /*
3228          * In all zones where compaction was attempted (and not
3229          * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3230          * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3231          * so we fallback to base pages instead.
3232          */
3233         if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3234                 *compact_result = COMPACT_CONTENDED;
3235
3236         /*
3237          * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3238          * want to further increase allocation latency, unless it is
3239          * khugepaged trying to collapse.
3240          */
3241         if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3242                 && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3243                 *compact_result = COMPACT_CONTENDED;
3244
3245         cond_resched();
3246
3247         return NULL;
3248 }
3249
3250 static inline bool
3251 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3252                      enum compact_result compact_result, enum migrate_mode *migrate_mode,
3253                      int compaction_retries)
3254 {
3255         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3256
3257         if (!order)
3258                 return false;
3259
3260         /*
3261          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3262          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3263          * failure could be caused by weak migration mode.
3264          */
3265         if (compaction_failed(compact_result)) {
3266                 if (*migrate_mode == MIGRATE_ASYNC) {
3267                         *migrate_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3268                         return true;
3269                 }
3270                 return false;
3271         }
3272
3273         /*
3274          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3275          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3276          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3277          * compaction.
3278          */
3279         if (compaction_withdrawn(compact_result))
3280                 return compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3281
3282         /*
3283          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3284          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3285          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3286          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3287          * would need much more detailed feedback from compaction to
3288          * make a better decision.
3289          */
3290         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3291                 max_retries /= 4;
3292         if (compaction_retries <= max_retries)
3293                 return true;
3294
3295         return false;
3296 }
3297 #else
3298 static inline struct page *
3299 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3300                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3301                 enum migrate_mode mode, enum compact_result *compact_result)
3302 {
3303         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3304         return NULL;
3305 }
3306
3307 static inline bool
3308 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3309                      enum compact_result compact_result,
3310                      enum migrate_mode *migrate_mode,
3311                      int compaction_retries)
3312 {
3313         struct zone *zone;
3314         struct zoneref *z;
3315
3316         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3317                 return false;
3318
3319         /*
3320          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3321          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3322          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3323          * watermarks are OK.
3324          */
3325         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3326                                         ac->nodemask) {
3327                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3328                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3329                         return true;
3330         }
3331         return false;
3332 }
3333 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3334
3335 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3336 static int
3337 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3338                                         const struct alloc_context *ac)
3339 {
3340         struct reclaim_state reclaim_state;
3341         int progress;
3342
3343         cond_resched();
3344
3345         /* We now go into synchronous reclaim */
3346         cpuset_memory_pressure_bump();
3347         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3348         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3349         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3350         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3351
3352         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3353                                                                 ac->nodemask);
3354
3355         current->reclaim_state = NULL;
3356         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3357         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3358
3359         cond_resched();
3360
3361         return progress;
3362 }
3363
3364 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3365 static inline struct page *
3366 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3367                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3368                 unsigned long *did_some_progress)
3369 {
3370         struct page *page = NULL;
3371         bool drained = false;
3372
3373         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3374         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3375                 return NULL;
3376
3377 retry:
3378         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3379                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3380
3381         /*
3382          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3383          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3384          * Shrink them them and try again
3385          */
3386         if (!page && !drained) {
3387                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3388                 drain_all_pages(NULL);
3389                 drained = true;
3390                 goto retry;
3391         }
3392
3393         return page;
3394 }
3395
3396 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3397 {
3398         struct zoneref *z;
3399         struct zone *zone;
3400
3401         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3402                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
3403                 wakeup_kswapd(zone, order, ac_classzone_idx(ac));
3404 }
3405
3406 static inline unsigned int
3407 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3408 {
3409         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3410
3411         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3412         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3413
3414         /*
3415          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3416          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3417          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3418          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3419          */
3420         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3421
3422         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3423                 /*
3424                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3425                  * if it can't schedule.
3426                  */
3427                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3428                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3429                 /*
3430                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3431                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3432                  */
3433                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3434         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3435                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3436
3437         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3438                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3439                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3440                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3441                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3442                 else if (!in_interrupt() &&
3443                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3444                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3445                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3446         }
3447 #ifdef CONFIG_CMA
3448         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3449                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3450 #endif
3451         return alloc_flags;
3452 }
3453
3454 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3455 {
3456         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3457 }
3458
3459 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3460 {
3461         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3462 }
3463
3464 /*
3465  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3466  * is consider as the only way to move forward.
3467  */
3468 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3469
3470 /*
3471  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3472  * for the given allocation request.
3473  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3474  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3475  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3476  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3477  * no_progress_loops).
3478  *
3479  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3480  */
3481 static inline bool
3482 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3483                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3484                      bool did_some_progress, int no_progress_loops)
3485 {
3486         struct zone *zone;
3487         struct zoneref *z;
3488
3489         /*
3490          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3491          * several times in the row.
3492          */
3493         if (no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3494                 return false;
3495
3496         /*
3497          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead somewhere.
3498          * If none of the target zones can satisfy our allocation request even
3499          * if all reclaimable pages are considered then we are screwed and have
3500          * to go OOM.
3501          */
3502         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3503                                         ac->nodemask) {
3504                 unsigned long available;
3505                 unsigned long reclaimable;
3506
3507                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3508                 available -= DIV_ROUND_UP(no_progress_loops * available,
3509                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3510                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3511
3512                 /*
3513                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3514                  * available?
3515                  */
3516                 if (__zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark_pages(zone),
3517                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available)) {
3518                         /*
3519                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3520                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3521                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3522                          * prevent from pre mature OOM
3523                          */
3524                         if (!did_some_progress) {
3525                                 unsigned long writeback;
3526                                 unsigned long dirty;
3527
3528                                 writeback = zone_page_state_snapshot(zone,
3529                                                                      NR_WRITEBACK);
3530                                 dirty = zone_page_state_snapshot(zone, NR_FILE_DIRTY);
3531
3532                                 if (2*(writeback + dirty) > reclaimable) {
3533                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3534                                         return true;
3535                                 }
3536                         }
3537
3538                         /*
3539                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3540                          * context and the current implementation of the WQ
3541                          * concurrency control doesn't recognize that
3542                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3543                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3544                          * do a short sleep here rather than calling
3545                          * cond_resched().
3546                          */
3547                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3548                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3549                         else
3550                                 cond_resched();
3551
3552                         return true;
3553                 }
3554         }
3555
3556         return false;
3557 }
3558
3559 static inline struct page *
3560 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3561                                                 struct alloc_context *ac)
3562 {
3563         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3564         struct page *page = NULL;
3565         unsigned int alloc_flags;
3566         unsigned long did_some_progress;
3567         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3568         enum compact_result compact_result;
3569         int compaction_retries = 0;
3570         int no_progress_loops = 0;
3571
3572         /*
3573          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3574          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3575          * be using allocators in order of preference for an area that is
3576          * too large.
3577          */
3578         if (order >= MAX_ORDER) {
3579                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3580                 return NULL;
3581         }
3582
3583         /*
3584          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3585          * callers that are not in atomic context.
3586          */
3587         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3588                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3589                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3590
3591 retry:
3592         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3593                 wake_all_kswapds(order, ac);
3594
3595         /*
3596          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3597          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3598          * to how we want to proceed.
3599          */
3600         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3601
3602         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3603         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3604                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3605         if (page)
3606                 goto got_pg;
3607
3608         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3609         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3610                 /*
3611                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3612                  * the allocation is high priority and these type of
3613                  * allocations are system rather than user orientated
3614                  */
3615                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3616                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3617                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3618                 if (page)
3619                         goto got_pg;
3620         }
3621
3622         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3623         if (!can_direct_reclaim) {
3624                 /*
3625                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3626                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3627                  * to fail.
3628                  */
3629                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3630                 goto nopage;
3631         }
3632
3633         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3634         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3635                 /*
3636                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3637                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3638                  * for somebody to do a work for us.
3639                  */
3640                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3641                         cond_resched();
3642                         goto retry;
3643                 }
3644                 goto nopage;
3645         }
3646
3647         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3648         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3649                 goto nopage;
3650
3651         /*
3652          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3653          * attempts after direct reclaim are synchronous
3654          */
3655         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3656                                         migration_mode,
3657                                         &compact_result);
3658         if (page)
3659                 goto got_pg;
3660
3661         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3662         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3663                 /*
3664                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3665                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3666                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3667                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3668                  * instead of entering direct reclaim.
3669                  */
3670                 if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3671                         goto nopage;
3672
3673                 /*
3674                  * Compaction is contended so rather back off than cause
3675                  * excessive stalls.
3676                  */
3677                 if(compact_result == COMPACT_CONTENDED)
3678                         goto nopage;
3679         }
3680
3681         if (order && compaction_made_progress(compact_result))
3682                 compaction_retries++;
3683
3684         /* Try direct reclaim and then allocating */
3685         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3686                                                         &did_some_progress);
3687         if (page)
3688                 goto got_pg;
3689
3690         /* Do not loop if specifically requested */
3691         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3692                 goto noretry;
3693
3694         /*
3695          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3696          * __GFP_REPEAT
3697          */
3698         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3699                 goto noretry;
3700
3701         /*
3702          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3703          * their order will become available due to high fragmentation so
3704          * always increment the no progress counter for them
3705          */
3706         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3707                 no_progress_loops = 0;
3708         else
3709                 no_progress_loops++;
3710
3711         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3712                                  did_some_progress > 0, no_progress_loops))
3713                 goto retry;
3714
3715         /*
3716          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3717          * reclaim is not able to make any progress because the current
3718          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3719          * of free memory (see __compaction_suitable)
3720          */
3721         if (did_some_progress > 0 &&
3722                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3723                                 compact_result, &migration_mode,
3724                                 compaction_retries))
3725                 goto retry;
3726
3727         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3728         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3729         if (page)
3730                 goto got_pg;
3731
3732         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3733         if (did_some_progress) {
3734                 no_progress_loops = 0;
3735                 goto retry;
3736         }
3737
3738 noretry:
3739         /*
3740          * High-order allocations do not necessarily loop after direct reclaim
3741          * and reclaim/compaction depends on compaction being called after
3742          * reclaim so call directly if necessary.
3743          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3744          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3745          * khugepaged trying to collapse. All other requests should tolerate
3746          * at least light sync migration.
3747          */
3748         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask) && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3749                 migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3750         else
3751                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3752         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3753                                             ac, migration_mode,
3754                                             &compact_result);
3755         if (page)
3756                 goto got_pg;
3757 nopage:
3758         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3759 got_pg:
3760         return page;
3761 }
3762
3763 /*
3764  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3765  */
3766 struct page *
3767 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3768                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3769 {
3770         struct page *page;
3771         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3772         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_FAIR;
3773         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3774         struct alloc_context ac = {
3775                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3776                 .zonelist = zonelist,
3777                 .nodemask = nodemask,
3778                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3779         };
3780
3781         if (cpusets_enabled()) {
3782                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3783                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3784                 if (!ac.nodemask)
3785                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3786         }
3787
3788         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3789
3790         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3791
3792         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3793
3794         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3795                 return NULL;
3796
3797         /*
3798          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3799          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3800          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3801          */
3802         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3803                 return NULL;
3804
3805         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3806                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3807
3808 retry_cpuset:
3809         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3810
3811         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3812         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3813
3814         /* The preferred zone is used for statistics later */
3815         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3816                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3817         if (!ac.preferred_zoneref) {
3818                 page = NULL;
3819                 goto no_zone;
3820         }
3821
3822         /* First allocation attempt */
3823         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3824         if (likely(page))
3825                 goto out;
3826
3827         /*
3828          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3829          * because I/O on the device might not complete.
3830          */
3831         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3832         ac.spread_dirty_pages = false;
3833
3834         /*
3835          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3836          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3837          */
3838         if (cpusets_enabled())
3839                 ac.nodemask = nodemask;
3840         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3841
3842 no_zone:
3843         /*
3844          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3845          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3846          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3847          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3848          */
3849         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3850                 alloc_mask = gfp_mask;
3851                 goto retry_cpuset;
3852         }
3853
3854 out:
3855         if (kmemcheck_enabled && page)
3856                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3857
3858         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3859
3860         return page;
3861 }
3862 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3863
3864 /*
3865  * Common helper functions.
3866  */
3867 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3868 {
3869         struct page *page;
3870
3871         /*
3872          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3873          * a highmem page
3874          */
3875         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3876
3877         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3878         if (!page)
3879                 return 0;
3880         return (unsigned long) page_address(page);
3881 }
3882 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3883
3884 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3885 {
3886         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3887 }
3888 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3889
3890 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3891 {
3892         if (put_page_testzero(page)) {
3893                 if (order == 0)
3894                         free_hot_cold_page(page, false);
3895                 else
3896                         __free_pages_ok(page, order);
3897         }
3898 }
3899
3900 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3901
3902 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3903 {
3904         if (addr != 0) {
3905                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3906                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3907         }
3908 }
3909
3910 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3911
3912 /*
3913  * Page Fragment:
3914  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3915  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3916  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3917  *
3918  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3919  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3920  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3921  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3922  */
3923 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3924                                        gfp_t gfp_mask)
3925 {
3926         struct page *page = NULL;
3927         gfp_t gfp = gfp_mask;
3928
3929 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3930         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3931                     __GFP_NOMEMALLOC;
3932         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3933                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3934         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3935 #endif
3936         if (unlikely(!page))
3937                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3938
3939         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3940
3941         return page;
3942 }
3943
3944 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3945                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3946 {
3947         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3948         struct page *page;
3949         int offset;
3950
3951         if (unlikely(!nc->va)) {
3952 refill:
3953                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3954                 if (!page)
3955                         return NULL;
3956
3957 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3958                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3959                 size = nc->size;
3960 #endif
3961                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3962                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3963                  */
3964                 page_ref_add(page, size - 1);
3965
3966                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3967                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3968                 nc->pagecnt_bias = size;
3969                 nc->offset = size;
3970         }
3971
3972         offset = nc->offset - fragsz;
3973         if (unlikely(offset < 0)) {
3974                 page = virt_to_page(nc->va);
3975
3976                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3977                         goto refill;
3978
3979 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3980                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3981                 size = nc->size;
3982 #endif
3983                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3984                 set_page_count(page, size);
3985
3986                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3987                 nc->pagecnt_bias = size;
3988                 offset = size - fragsz;
3989         }
3990
3991         nc->pagecnt_bias--;
3992         nc->offset = offset;
3993
3994         return nc->va + offset;
3995 }
3996 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3997
3998 /*
3999  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4000  */
4001 void __free_page_frag(void *addr)
4002 {
4003         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4004
4005         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4006                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4007 }
4008 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
4009
4010 /*
4011  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
4012  * of the current memory cgroup if __GFP_ACCOUNT is set, other than that it is
4013  * equivalent to alloc_pages.
4014  *
4015  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
4016  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
4017  */
4018 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4019 {
4020         struct page *page;
4021
4022         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4023         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
4024                 __free_pages(page, order);
4025                 page = NULL;
4026         }
4027         return page;
4028 }
4029
4030 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4031 {
4032         struct page *page;
4033
4034         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4035         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
4036                 __free_pages(page, order);
4037                 page = NULL;
4038         }
4039         return page;
4040 }
4041
4042 /*
4043  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
4044  * alloc_kmem_pages.
4045  */
4046 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
4047 {
4048         memcg_kmem_uncharge(page, order);
4049         __free_pages(page, order);
4050 }
4051
4052 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4053 {
4054         if (addr != 0) {
4055                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4056                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4057         }
4058 }
4059
4060 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4061                 size_t size)
4062 {
4063         if (addr) {
4064                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4065                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4066
4067                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4068                 while (used < alloc_end) {
4069                         free_page(used);
4070                         used += PAGE_SIZE;
4071                 }
4072         }
4073         return (void *)addr;
4074 }
4075
4076 /**
4077  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4078  * @size: the number of bytes to allocate
4079  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4080  *
4081  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4082  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4083  * allocate memory in power-of-two pages.
4084  *
4085  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4086  *
4087  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4088  */
4089 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4090 {
4091         unsigned int order = get_order(size);
4092         unsigned long addr;
4093
4094         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4095         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4096 }
4097 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4098
4099 /**
4100  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4101  *                         pages on a node.
4102  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4103  * @size: the number of bytes to allocate
4104  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4105  *
4106  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4107  * back.
4108  */
4109 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4110 {
4111         unsigned int order = get_order(size);
4112         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4113         if (!p)
4114                 return NULL;
4115         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4116 }
4117
4118 /**
4119  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4120  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4121  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4122  *
4123  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4124  */
4125 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4126 {
4127         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4128         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4129
4130         while (addr < end) {
4131                 free_page(addr);
4132                 addr += PAGE_SIZE;
4133         }
4134 }
4135 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4136
4137 /**
4138  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4139  * @offset: The zone index of the highest zone
4140  *
4141  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4142  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4143  * zone, the number of pages is calculated as:
4144  *     managed_pages - high_pages
4145  */
4146 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4147 {
4148         struct zoneref *z;
4149         struct zone *zone;
4150
4151         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4152         unsigned long sum = 0;
4153
4154         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4155
4156         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4157                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4158                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4159                 if (size > high)
4160                         sum += size - high;
4161         }
4162
4163         return sum;
4164 }
4165
4166 /**
4167  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4168  *
4169  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4170  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4171  */
4172 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4173 {
4174         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4175 }
4176 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4177
4178 /**
4179  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4180  *
4181  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4182  * high watermark within all zones.
4183  */
4184 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4185 {
4186         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4187 }
4188
4189 static inline void show_node(struct zone *zone)
4190 {
4191         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4192                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4193 }
4194
4195 long si_mem_available(void)
4196 {
4197         long available;
4198         unsigned long pagecache;
4199         unsigned long wmark_low = 0;
4200         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4201         struct zone *zone;
4202         int lru;
4203
4204         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4205                 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4206
4207         for_each_zone(zone)
4208                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4209
4210         /*
4211          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4212          * without causing swapping.
4213          */
4214         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4215
4216         /*
4217          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4218          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4219          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4220          */
4221         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4222         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4223         available += pagecache;
4224
4225         /*
4226          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4227          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4228          */
4229         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4230                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4231
4232         if (available < 0)
4233                 available = 0;
4234         return available;
4235 }
4236 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4237
4238 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4239 {
4240         val->totalram = totalram_pages;
4241         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
4242         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4243         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4244         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4245         val->freehigh = nr_free_highpages();
4246         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4247 }
4248
4249 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4250
4251 #ifdef CONFIG_NUMA
4252 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4253 {
4254         int zone_type;          /* needs to be signed */
4255         unsigned long managed_pages = 0;
4256         unsigned long managed_highpages = 0;
4257         unsigned long free_highpages = 0;
4258         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4259
4260         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4261                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4262         val->totalram = managed_pages;
4263         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
4264         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4265 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4266         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4267                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4268
4269                 if (is_highmem(zone)) {
4270                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4271                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4272                 }
4273         }
4274         val->totalhigh = managed_highpages;
4275         val->freehigh = free_highpages;
4276 #else
4277         val->totalhigh = managed_highpages;
4278         val->freehigh = free_highpages;
4279 #endif
4280         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4281 }
4282 #endif
4283
4284 /*
4285  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4286  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4287  */
4288 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
4289 {
4290         bool ret = false;
4291         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4292
4293         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4294                 goto out;
4295
4296         do {
4297                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4298                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
4299         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
4300 out:
4301         return ret;
4302 }
4303
4304 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4305
4306 static void show_migration_types(unsigned char type)
4307 {
4308         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4309                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4310                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4311                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4312                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4313 #ifdef CONFIG_CMA
4314                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4315 #endif
4316 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4317                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4318 #endif
4319         };
4320         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4321         char *p = tmp;
4322         int i;
4323
4324         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4325                 if (type & (1 << i))
4326                         *p++ = types[i];
4327         }
4328
4329         *p = '\0';
4330         printk("(%s) ", tmp);
4331 }
4332
4333 /*
4334  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4335  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4336  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4337  *
4338  * Bits in @filter:
4339  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4340  *   cpuset.
4341  */
4342 void show_free_areas(unsigned int filter)
4343 {
4344         unsigned long free_pcp = 0;
4345         int cpu;
4346         struct zone *zone;
4347
4348         for_each_populated_zone(zone) {
4349                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4350                         continue;
4351
4352                 for_each_online_cpu(cpu)
4353                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4354         }
4355
4356         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4357                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4358                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4359                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4360                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4361                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4362                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4363                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4364                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4365                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4366                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4367                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4368                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4369                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4370                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
4371                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4372                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4373                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4374                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4375                 global_page_state(NR_SHMEM),
4376                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4377                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4378                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4379                 free_pcp,
4380                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4381
4382         for_each_populated_zone(zone) {
4383                 int i;
4384
4385                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4386                         continue;
4387
4388                 free_pcp = 0;
4389                 for_each_online_cpu(cpu)
4390                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4391
4392                 show_node(zone);
4393                 printk("%s"
4394                         " free:%lukB"
4395                         " min:%lukB"
4396                         " low:%lukB"
4397                         " high:%lukB"
4398                         " active_anon:%lukB"
4399                         " inactive_anon:%lukB"
4400                         " active_file:%lukB"
4401                         " inactive_file:%lukB"
4402                         " unevictable:%lukB"
4403                         " isolated(anon):%lukB"
4404                         " isolated(file):%lukB"
4405                         " present:%lukB"
4406                         " managed:%lukB"
4407                         " mlocked:%lukB"
4408                         " dirty:%lukB"
4409                         " writeback:%lukB"
4410                         " mapped:%lukB"
4411                         " shmem:%lukB"
4412                         " slab_reclaimable:%lukB"
4413                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4414                         " kernel_stack:%lukB"
4415                         " pagetables:%lukB"
4416                         " unstable:%lukB"
4417                         " bounce:%lukB"
4418                         " free_pcp:%lukB"
4419                         " local_pcp:%ukB"
4420                         " free_cma:%lukB"
4421                         " writeback_tmp:%lukB"
4422                         " pages_scanned:%lu"
4423                         " all_unreclaimable? %s"
4424                         "\n",
4425                         zone->name,
4426                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4427                         K(min_wmark_pages(zone)),
4428                         K(low_wmark_pages(zone)),
4429                         K(high_wmark_pages(zone)),
4430                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
4431                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
4432                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
4433                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
4434                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
4435                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
4436                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
4437                         K(zone->present_pages),
4438                         K(zone->managed_pages),
4439                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4440                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
4441                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
4442                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
4443                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
4444                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4445                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4446                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
4447                                 THREAD_SIZE / 1024,
4448                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4449                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
4450                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4451                         K(free_pcp),
4452                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4453                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
4454                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4455                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
4456                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
4457                         );
4458                 printk("lowmem_reserve[]:");
4459                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4460                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4461                 printk("\n");
4462         }
4463
4464         for_each_populated_zone(zone) {
4465                 unsigned int order;
4466                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4467                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4468
4469                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4470                         continue;
4471                 show_node(zone);
4472                 printk("%s: ", zone->name);
4473
4474                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4475                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4476                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4477                         int type;
4478
4479                         nr[order] = area->nr_free;
4480                         total += nr[order] << order;
4481
4482                         types[order] = 0;
4483                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4484                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4485                                         types[order] |= 1 << type;
4486                         }
4487                 }
4488                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4489                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4490                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4491                         if (nr[order])
4492                                 show_migration_types(types[order]);
4493                 }
4494                 printk("= %lukB\n", K(total));
4495         }
4496
4497         hugetlb_show_meminfo();
4498
4499         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
4500
4501         show_swap_cache_info();
4502 }
4503
4504 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4505 {
4506         zoneref->zone = zone;
4507         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4508 }
4509
4510 /*
4511  * Builds allocation fallback zone lists.
4512  *
4513  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4514  */
4515 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4516                                 int nr_zones)
4517 {
4518         struct zone *zone;
4519         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4520
4521         do {
4522                 zone_type--;
4523                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4524                 if (populated_zone(zone)) {
4525                         zoneref_set_zone(zone,
4526                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4527                         check_highest_zone(zone_type);
4528                 }
4529         } while (zone_type);
4530
4531         return nr_zones;
4532 }
4533
4534
4535 /*
4536  *  zonelist_order:
4537  *  0 = automatic detection of better ordering.
4538  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4539  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4540  *
4541  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4542  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4543  */
4544 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4545 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4546 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4547
4548 /* zonelist order in the kernel.
4549  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4550  */
4551 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4552 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4553
4554
4555 #ifdef CONFIG_NUMA
4556 /* The value user specified ....changed by config */
4557 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4558 /* string for sysctl */
4559 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4560 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4561
4562 /*
4563  * interface for configure zonelist ordering.
4564  * command line option "numa_zonelist_order"
4565  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4566  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4567  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4568  */
4569
4570 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4571 {
4572         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4573                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4574         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4575                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4576         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4577                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4578         } else {
4579                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4580                 return -EINVAL;
4581         }
4582         return 0;
4583 }
4584
4585 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4586 {
4587         int ret;
4588
4589         if (!s)
4590                 return 0;
4591
4592         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4593         if (ret == 0)
4594                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4595
4596         return ret;
4597 }
4598 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4599
4600 /*
4601  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4602  */
4603 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4604                 void __user *buffer, size_t *length,
4605                 loff_t *ppos)
4606 {
4607         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4608         int ret;
4609         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4610
4611         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4612         if (write) {
4613                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4614                         ret = -EINVAL;
4615                         goto out;
4616                 }
4617                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4618         }
4619         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4620         if (ret)
4621                 goto out;
4622         if (write) {
4623                 int oldval = user_zonelist_order;
4624
4625                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4626                 if (ret) {
4627                         /*
4628                          * bogus value.  restore saved string
4629                          */
4630                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4631                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4632                         user_zonelist_order = oldval;
4633                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4634                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4635                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4636                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4637                 }
4638         }
4639 out:
4640         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4641         return ret;
4642 }
4643
4644
4645 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4646 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4647
4648 /**
4649  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4650  * @node: node whose fallback list we're appending
4651  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4652  *
4653  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4654  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4655  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4656  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4657  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4658  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4659  * on them otherwise.
4660  * It returns -1 if no node is found.
4661  */
4662 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4663 {
4664         int n, val;
4665         int min_val = INT_MAX;
4666         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4667         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4668
4669         /* Use the local node if we haven't already */
4670         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4671                 node_set(node, *used_node_mask);
4672                 return node;
4673         }
4674
4675         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4676
4677                 /* Don't want a node to appear more than once */
4678                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4679                         continue;
4680
4681                 /* Use the distance array to find the distance */
4682                 val = node_distance(node, n);
4683
4684                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4685                 val += (n < node);
4686
4687                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4688                 tmp = cpumask_of_node(n);
4689                 if (!cpumask_empty(tmp))
4690                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4691
4692                 /* Slight preference for less loaded node */
4693                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4694                 val += node_load[n];
4695
4696                 if (val < min_val) {
4697                         min_val = val;
4698                         best_node = n;
4699                 }
4700         }
4701
4702         if (best_node >= 0)
4703                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4704
4705         return best_node;
4706 }
4707
4708
4709 /*
4710  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4711  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4712  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4713  */
4714 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4715 {
4716         int j;
4717         struct zonelist *zonelist;
4718
4719         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4720         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4721                 ;
4722         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4723         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4724         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4725 }
4726
4727 /*
4728  * Build gfp_thisnode zonelists
4729  */
4730 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4731 {
4732         int j;
4733         struct zonelist *zonelist;
4734
4735         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4736         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4737         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4738         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4739 }
4740
4741 /*
4742  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4743  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4744  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4745  * may still exist in local DMA zone.
4746  */
4747 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4748
4749 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4750 {
4751         int pos, j, node;
4752         int zone_type;          /* needs to be signed */
4753         struct zone *z;
4754         struct zonelist *zonelist;
4755
4756         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4757         pos = 0;
4758         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4759                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4760                         node = node_order[j];
4761                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4762                         if (populated_zone(z)) {
4763                                 zoneref_set_zone(z,
4764                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4765                                 check_highest_zone(zone_type);
4766                         }
4767                 }
4768         }
4769         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4770         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4771 }
4772
4773 #if defined(CONFIG_64BIT)
4774 /*
4775  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4776  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4777  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4778  */
4779 static int default_zonelist_order(void)
4780 {
4781         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4782 }
4783 #else
4784 /*
4785  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4786  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4787  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4788  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4789  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4790  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4791  */
4792 static int default_zonelist_order(void)
4793 {
4794         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4795 }
4796 #endif /* CONFIG_64BIT */
4797
4798 static void set_zonelist_order(void)
4799 {
4800         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4801                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4802         else
4803                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4804 }
4805
4806 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4807 {
4808         int i, node, load;
4809         nodemask_t used_mask;
4810         int local_node, prev_node;
4811         struct zonelist *zonelist;
4812         unsigned int order = current_zonelist_order;
4813
4814         /* initialize zonelists */
4815         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4816                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4817                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4818                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4819         }
4820
4821         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4822         local_node = pgdat->node_id;
4823         load = nr_online_nodes;
4824         prev_node = local_node;
4825         nodes_clear(used_mask);
4826
4827         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4828         i = 0;
4829
4830         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4831                 /*
4832                  * We don't want to pressure a particular node.
4833                  * So adding penalty to the first node in same
4834                  * distance group to make it round-robin.
4835                  */
4836                 if (node_distance(local_node, node) !=
4837                     node_distance(local_node, prev_node))
4838                         node_load[node] = load;
4839
4840                 prev_node = node;
4841                 load--;
4842                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4843                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4844                 else
4845                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4846         }
4847
4848         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4849                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4850                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4851         }
4852
4853         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4854 }
4855
4856 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4857 /*
4858  * Return node id of node used for "local" allocations.
4859  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4860  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4861  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4862  */
4863 int local_memory_node(int node)
4864 {
4865         struct zoneref *z;
4866
4867         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4868                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4869                                    NULL);
4870         return z->zone->node;
4871 }
4872 #endif
4873
4874 #else   /* CONFIG_NUMA */
4875
4876 static void set_zonelist_order(void)
4877 {
4878         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4879 }
4880
4881 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4882 {
4883         int node, local_node;
4884         enum zone_type j;
4885         struct zonelist *zonelist;
4886
4887         local_node = pgdat->node_id;
4888
4889         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4890         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4891
4892         /*
4893          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4894          * of all the other nodes.
4895          * We don't want to pressure a particular node, so when
4896          * building the zones for node N, we make sure that the
4897          * zones coming right after the local ones are those from
4898          * node N+1 (modulo N)
4899          */
4900         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4901                 if (!node_online(node))
4902                         continue;
4903                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4904         }
4905         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4906                 if (!node_online(node))
4907                         continue;
4908                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4909         }
4910
4911         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4912         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4913 }
4914
4915 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4916
4917 /*
4918  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4919  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4920  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4921  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4922  * with interrupts disabled.
4923  *
4924  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4925  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4926  * hotplugged processors.
4927  *
4928  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4929  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4930  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4931  */
4932 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4933 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4934 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4935
4936 /*
4937  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4938  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4939  */
4940 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4941
4942 /* return values int ....just for stop_machine() */
4943 static int __build_all_zonelists(void *data)
4944 {
4945         int nid;
4946         int cpu;
4947         pg_data_t *self = data;
4948
4949 #ifdef CONFIG_NUMA
4950         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4951 #endif
4952
4953         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4954                 build_zonelists(self);
4955         }
4956
4957         for_each_online_node(nid) {
4958                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4959
4960                 build_zonelists(pgdat);
4961         }
4962
4963         /*
4964          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4965          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4966          * each zone will be allocated later when the per cpu
4967          * allocator is available.
4968          *
4969          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4970          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4971          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4972          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4973          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4974          * (a chicken-egg dilemma).
4975          */
4976         for_each_possible_cpu(cpu) {
4977                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4978
4979 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4980                 /*
4981                  * We now know the "local memory node" for each node--
4982                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4983                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4984                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4985                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4986                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4987                  */
4988                 if (cpu_online(cpu))
4989                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4990 #endif
4991         }
4992
4993         return 0;
4994 }
4995
4996 static noinline void __init
4997 build_all_zonelists_init(void)
4998 {
4999         __build_all_zonelists(NULL);
5000         mminit_verify_zonelist();
5001         cpuset_init_current_mems_allowed();
5002 }
5003
5004 /*
5005  * Called with zonelists_mutex held always
5006  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5007  *
5008  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
5009  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
5010  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5011  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5012  */
5013 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5014 {
5015         set_zonelist_order();
5016
5017         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5018                 build_all_zonelists_init();
5019         } else {
5020 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5021                 if (zone)
5022                         setup_zone_pageset(zone);
5023 #endif
5024                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5025                    of zonelist */
5026                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5027                 /* cpuset refresh routine should be here */
5028         }
5029         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5030         /*
5031          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5032          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5033          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5034          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5035          * disabled and enable it later
5036          */
5037         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5038                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5039         else
5040                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5041
5042         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5043                 nr_online_nodes,
5044                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5045                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5046                 vm_total_pages);
5047 #ifdef CONFIG_NUMA
5048         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5049 #endif
5050 }
5051
5052 /*
5053  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
5054  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
5055  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
5056  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
5057  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
5058  * conservative, even though it seems large.
5059  *
5060  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
5061  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
5062  */
5063 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
5064
5065 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5066 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5067 {
5068         unsigned long size = 1;
5069
5070         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
5071
5072         while (size < pages)
5073                 size <<= 1;
5074
5075         /*
5076          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
5077          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
5078          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
5079          */
5080         size = min(size, 4096UL);
5081
5082         return max(size, 4UL);
5083 }
5084 #else
5085 /*
5086  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
5087  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
5088  *
5089  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
5090  *
5091  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
5092  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
5093  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
5094  *
5095  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
5096  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
5097  *
5098  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
5099  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
5100  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
5101  */
5102 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5103 {
5104         return 4096UL;
5105 }
5106 #endif
5107
5108 /*
5109  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
5110  * to extract the more random high bits from the multiplicative
5111  * hash function before the remainder is taken.
5112  */
5113 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
5114 {
5115         return ffz(~size);
5116 }
5117
5118 /*
5119  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5120  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5121  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5122  */
5123 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5124                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5125 {
5126         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5127         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5128         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5129         unsigned long pfn;
5130         unsigned long nr_initialised = 0;
5131 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5132         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5133 #endif
5134
5135         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5136                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5137
5138         /*
5139          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5140          * memory
5141          */
5142         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5143                 start_pfn += altmap->reserve;
5144
5145         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5146                 /*
5147                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5148                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5149                  */
5150                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5151                         goto not_early;
5152
5153                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5154                         continue;
5155                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5156                         continue;
5157                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5158                         break;
5159
5160 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5161                 /*
5162                  * If not mirrored_kernelcore and ZONE_MOVABLE exists, range
5163                  * from zone_movable_pfn[nid] to end of each node should be
5164                  * ZONE_MOVABLE not ZONE_NORMAL. skip it.
5165                  */
5166                 if (!mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid])
5167                         if (zone == ZONE_NORMAL && pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5168                                 continue;
5169
5170                 /*
5171                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5172                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5173                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5174                  */
5175                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5176                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5177                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5178                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5179                                                 break;
5180                                 r = tmp;
5181                         }
5182                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5183                             memblock_is_mirror(r)) {
5184                                 /* already initialized as NORMAL */
5185                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5186                                 continue;
5187                         }
5188                 }
5189 #endif
5190
5191 not_early:
5192                 /*
5193                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5194                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5195                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5196                  * the address space during boot when many long-lived
5197                  * kernel allocations are made.
5198                  *
5199                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5200                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5201                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5202                  * pfn out of zone.
5203                  */
5204                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5205                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5206
5207                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5208                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5209                 } else {
5210                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5211                 }
5212         }
5213 }
5214
5215 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5216 {
5217         unsigned int order, t;
5218         for_each_migratetype_order(order, t) {
5219                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5220                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5221         }
5222 }
5223
5224 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5225 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5226         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5227 #endif
5228
5229 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5230 {
5231 #ifdef CONFIG_MMU
5232         int batch;
5233
5234         /*
5235          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5236          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5237          *
5238          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5239          */
5240         batch = zone->managed_pages / 1024;
5241         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5242                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5243         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5244         if (batch < 1)
5245                 batch = 1;
5246
5247         /*
5248          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5249          * of 2 value was found to be more likely to have
5250          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5251          *
5252          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5253          * batches of pages, one task can end up with a lot
5254          * of pages of one half of the possible page colors
5255          * and the other with pages of the other colors.
5256          */
5257         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5258
5259         return batch;
5260
5261 #else
5262         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5263          * conditions.
5264          *
5265          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5266          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5267          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5268          *
5269          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5270          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5271          * can be a significant delay between the individual batches being
5272          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5273          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5274          */
5275         return 0;
5276 #endif
5277 }
5278
5279 /*
5280  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5281  * ->batch must never be higher then ->high.
5282  * The following function updates them in a safe manner without read side
5283  * locking.
5284  *
5285  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5286  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5287  *
5288  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5289  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5290  * exist).
5291  */
5292 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5293                 unsigned long batch)
5294 {
5295        /* start with a fail safe value for batch */
5296         pcp->batch = 1;
5297         smp_wmb();
5298
5299        /* Update high, then batch, in order */
5300         pcp->high = high;
5301         smp_wmb();
5302
5303         pcp->batch = batch;
5304 }
5305
5306 /* a companion to pageset_set_high() */
5307 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5308 {
5309         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5310 }
5311
5312 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5313 {
5314         struct per_cpu_pages *pcp;
5315         int migratetype;
5316
5317         memset(p, 0, sizeof(*p));
5318
5319         pcp = &p->pcp;
5320         pcp->count = 0;
5321         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5322                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5323 }
5324
5325 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5326 {
5327         pageset_init(p);
5328         pageset_set_batch(p, batch);
5329 }
5330
5331 /*
5332  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5333  * to the value high for the pageset p.
5334  */
5335 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5336                                 unsigned long high)
5337 {
5338         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5339         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5340                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5341
5342         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5343 }
5344
5345 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5346                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5347 {
5348         if (percpu_pagelist_fraction)
5349                 pageset_set_high(pcp,
5350                         (zone->managed_pages /
5351                                 percpu_pagelist_fraction));
5352         else
5353                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5354 }
5355
5356 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5357 {
5358         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5359
5360         pageset_init(pcp);
5361         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5362 }
5363
5364 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5365 {
5366         int cpu;
5367         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5368         for_each_possible_cpu(cpu)
5369                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5370 }
5371
5372 /*
5373  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5374  * Before this call only boot pagesets were available.
5375  */
5376 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5377 {
5378         struct zone *zone;
5379
5380         for_each_populated_zone(zone)
5381                 setup_zone_pageset(zone);
5382 }
5383
5384 static noinline __init_refok
5385 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
5386 {
5387         int i;
5388         size_t alloc_size;
5389
5390         /*
5391          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
5392          * per zone.
5393          */
5394         zone->wait_table_hash_nr_entries =
5395                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
5396         zone->wait_table_bits =
5397                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
5398         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
5399                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
5400
5401         if (!slab_is_available()) {
5402                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
5403                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
5404                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
5405         } else {
5406                 /*
5407                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
5408                  * via memory hot-add.
5409                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
5410                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
5411                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
5412                  * node itself as well.
5413                  * To use this new node's memory, further consideration will be
5414                  * necessary.
5415                  */
5416                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
5417         }
5418         if (!zone->wait_table)
5419                 return -ENOMEM;
5420
5421         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
5422                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
5423
5424         return 0;
5425 }
5426
5427 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5428 {
5429         /*
5430          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5431          * relies on the ability of the linker to provide the
5432          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5433          */
5434         zone->pageset = &boot_pageset;
5435
5436         if (populated_zone(zone))
5437                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5438                         zone->name, zone->present_pages,
5439                                          zone_batchsize(zone));
5440 }
5441
5442 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5443                                         unsigned long zone_start_pfn,
5444                                         unsigned long size)
5445 {
5446         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5447         int ret;
5448         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5449         if (ret)
5450                 return ret;
5451         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5452
5453         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5454
5455         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5456                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5457                         pgdat->node_id,
5458                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5459                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5460
5461         zone_init_free_lists(zone);
5462
5463         return 0;
5464 }
5465
5466 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5467 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5468
5469 /*
5470  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5471  */
5472 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5473                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5474 {
5475         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5476         int nid;
5477
5478         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5479                 return state->last_nid;
5480
5481         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5482         if (nid != -1) {
5483                 state->last_start = start_pfn;
5484                 state->last_end = end_pfn;
5485                 state->last_nid = nid;
5486         }
5487
5488         return nid;
5489 }
5490 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5491
5492 /**
5493  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5494  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5495  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5496  *
5497  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5498  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5499  * memblock_free_early_nid() manually.
5500  */
5501 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5502 {
5503         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5504         int i, this_nid;
5505
5506         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5507                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5508                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5509
5510                 if (start_pfn < end_pfn)
5511                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5512                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5513                                         this_nid);
5514         }
5515 }
5516
5517 /**
5518  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5519  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5520  *
5521  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5522  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5523  */
5524 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5525 {
5526         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5527         int i, this_nid;
5528
5529         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5530                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5531 }
5532
5533 /**
5534  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5535  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5536  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5537  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5538  *
5539  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5540  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5541  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5542  * PFNs will be 0.
5543  */
5544 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5545                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5546 {
5547         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5548         int i;
5549
5550         *start_pfn = -1UL;
5551         *end_pfn = 0;
5552
5553         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5554                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5555                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5556         }
5557
5558         if (*start_pfn == -1UL)
5559                 *start_pfn = 0;
5560 }
5561
5562 /*
5563  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5564  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5565  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5566  */
5567 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5568 {
5569         int zone_index;
5570         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5571                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5572                         continue;
5573
5574                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5575                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5576                         break;
5577         }
5578
5579         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5580         movable_zone = zone_index;
5581 }
5582
5583 /*
5584  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5585  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5586  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5587  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5588  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5589  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5590  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5591  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5592  */
5593 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5594                                         unsigned long zone_type,
5595                                         unsigned long node_start_pfn,
5596                                         unsigned long node_end_pfn,
5597                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5598                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5599 {
5600         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5601         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5602                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5603                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5604                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5605                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5606                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5607
5608                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5609                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5610                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5611         }
5612 }
5613
5614 /*
5615  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5616  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5617  */
5618 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5619                                         unsigned long zone_type,
5620                                         unsigned long node_start_pfn,
5621                                         unsigned long node_end_pfn,
5622                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5623                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5624                                         unsigned long *ignored)
5625 {
5626         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5627         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5628                 return 0;
5629
5630         /* Get the start and end of the zone */
5631         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5632         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5633         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5634                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5635                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5636
5637         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5638         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5639                 return 0;
5640
5641         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5642         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5643         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5644
5645         /* Return the spanned pages */
5646         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5647 }
5648
5649 /*
5650  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5651  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5652  */
5653 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5654                                 unsigned long range_start_pfn,
5655                                 unsigned long range_end_pfn)
5656 {
5657         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5658         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5659         int i;
5660
5661         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5662                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5663                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5664                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5665         }
5666         return nr_absent;
5667 }
5668
5669 /**
5670  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5671  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5672  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5673  *
5674  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5675  */
5676 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5677                                                         unsigned long end_pfn)
5678 {
5679         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5680 }
5681
5682 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5683 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5684                                         unsigned long zone_type,
5685                                         unsigned long node_start_pfn,
5686                                         unsigned long node_end_pfn,
5687                                         unsigned long *ignored)
5688 {
5689         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5690         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5691         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5692         unsigned long nr_absent;
5693
5694         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5695         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5696                 return 0;
5697
5698         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5699         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5700
5701         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5702                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5703                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5704         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5705
5706         /*
5707          * ZONE_MOVABLE handling.
5708          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5709          * and vice versa.
5710          */
5711         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5712                 if (mirrored_kernelcore) {
5713                         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5714                         struct memblock_region *r;
5715
5716                         for_each_memblock(memory, r) {
5717                                 start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5718                                                   zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5719                                 end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5720                                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5721
5722                                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5723                                     memblock_is_mirror(r))
5724                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5725
5726                                 if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5727                                     !memblock_is_mirror(r))
5728                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5729                         }
5730                 } else {
5731                         if (zone_type == ZONE_NORMAL)
5732                                 nr_absent += node_end_pfn - zone_movable_pfn[nid];
5733                 }
5734         }
5735
5736         return nr_absent;
5737 }
5738
5739 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5740 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5741                                         unsigned long zone_type,
5742                                         unsigned long node_start_pfn,
5743                                         unsigned long node_end_pfn,
5744                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5745                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5746                                         unsigned long *zones_size)
5747 {
5748         unsigned int zone;
5749
5750         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5751         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5752                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5753
5754         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5755
5756         return zones_size[zone_type];
5757 }
5758
5759 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5760                                                 unsigned long zone_type,
5761                                                 unsigned long node_start_pfn,
5762                                                 unsigned long node_end_pfn,
5763                                                 unsigned long *zholes_size)
5764 {
5765         if (!zholes_size)
5766                 return 0;
5767
5768         return zholes_size[zone_type];
5769 }
5770
5771 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5772
5773 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5774                                                 unsigned long node_start_pfn,
5775                                                 unsigned long node_end_pfn,
5776                                                 unsigned long *zones_size,
5777                                                 unsigned long *zholes_size)
5778 {
5779         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5780         enum zone_type i;
5781
5782         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5783                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5784                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5785                 unsigned long size, real_size;
5786
5787                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5788                                                   node_start_pfn,
5789                                                   node_end_pfn,
5790                                                   &zone_start_pfn,
5791                                                   &zone_end_pfn,
5792                                                   zones_size);
5793                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5794                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5795                                                   zholes_size);
5796                 if (size)
5797                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5798                 else
5799                         zone->zone_start_pfn = 0;
5800                 zone->spanned_pages = size;
5801                 zone->present_pages = real_size;
5802
5803                 totalpages += size;
5804                 realtotalpages += real_size;
5805         }
5806
5807         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5808         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5809         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5810                                                         realtotalpages);
5811 }
5812
5813 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5814 /*
5815  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5816  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5817  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5818  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5819  * bytes.
5820  */
5821 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5822 {
5823         unsigned long usemapsize;
5824
5825         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5826         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5827         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5828         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5829         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5830
5831         return usemapsize / 8;
5832 }
5833
5834 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5835                                 struct zone *zone,
5836                                 unsigned long zone_start_pfn,
5837                                 unsigned long zonesize)
5838 {
5839         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5840         zone->pageblock_flags = NULL;
5841         if (usemapsize)
5842                 zone->pageblock_flags =
5843                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5844                                                          pgdat->node_id);
5845 }
5846 #else
5847 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5848                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5849 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5850
5851 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5852
5853 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5854 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5855 {
5856         unsigned int order;
5857
5858         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5859         if (pageblock_order)
5860                 return;
5861
5862         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5863                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5864         else
5865                 order = MAX_ORDER - 1;
5866
5867         /*
5868          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5869          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5870          * powerpc.
5871          */
5872         pageblock_order = order;
5873 }
5874 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5875
5876 /*
5877  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5878  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5879  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5880  * the kernel config
5881  */
5882 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5883 {
5884 }
5885
5886 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5887
5888 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5889                                                    unsigned long present_pages)
5890 {
5891         unsigned long pages = spanned_pages;
5892
5893         /*
5894          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5895          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5896          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5897          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5898          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5899          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5900          */
5901         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5902             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5903                 pages = present_pages;
5904
5905         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5906 }
5907
5908 /*
5909  * Set up the zone data structures:
5910  *   - mark all pages reserved
5911  *   - mark all memory queues empty
5912  *   - clear the memory bitmaps
5913  *
5914  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5915  */
5916 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5917 {
5918         enum zone_type j;
5919         int nid = pgdat->node_id;
5920         int ret;
5921
5922         pgdat_resize_init(pgdat);
5923 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5924         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5925         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5926         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5927 #endif
5928 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5929         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5930         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5931         pgdat->split_queue_len = 0;
5932 #endif
5933         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5934         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5935 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5936         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5937 #endif
5938         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5939
5940         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5941                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5942                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5943                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5944
5945                 size = zone->spanned_pages;
5946                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5947
5948                 /*
5949                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5950                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5951                  * and per-cpu initialisations
5952                  */
5953                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5954                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5955                         if (freesize >= memmap_pages) {
5956                                 freesize -= memmap_pages;
5957                                 if (memmap_pages)
5958                                         printk(KERN_DEBUG
5959                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5960                                                zone_names[j], memmap_pages);
5961                         } else
5962                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5963                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5964                 }
5965
5966                 /* Account for reserved pages */
5967                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5968                         freesize -= dma_reserve;
5969                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5970                                         zone_names[0], dma_reserve);
5971                 }
5972
5973                 if (!is_highmem_idx(j))
5974                         nr_kernel_pages += freesize;
5975                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5976                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5977                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5978                 nr_all_pages += freesize;
5979
5980                 /*
5981                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5982                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5983                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5984                  */
5985                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5986 #ifdef CONFIG_NUMA
5987                 zone->node = nid;
5988                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5989                                                 / 100;
5990                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5991 #endif
5992                 zone->name = zone_names[j];
5993                 spin_lock_init(&zone->lock);
5994                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5995                 zone_seqlock_init(zone);
5996                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5997                 zone_pcp_init(zone);
5998
5999                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
6000                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
6001
6002                 lruvec_init(&zone->lruvec);
6003                 if (!size)
6004                         continue;
6005
6006                 set_pageblock_order();
6007                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6008                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6009                 BUG_ON(ret);
6010                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6011         }
6012 }
6013
6014 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6015 {
6016         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6017         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6018
6019         /* Skip empty nodes */
6020         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6021                 return;
6022
6023 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6024         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6025         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6026         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6027         if (!pgdat->node_mem_map) {
6028                 unsigned long size, end;
6029                 struct page *map;
6030
6031                 /*
6032                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6033                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6034                  * for the buddy allocator to function correctly.
6035                  */
6036                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6037                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6038                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6039                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6040                 if (!map)
6041                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6042                                                                pgdat->node_id);
6043                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6044         }
6045 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6046         /*
6047          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6048          */
6049         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6050                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6051 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6052                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6053                         mem_map -= offset;
6054 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6055         }
6056 #endif
6057 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6058 }
6059
6060 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6061                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6062 {
6063         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6064         unsigned long start_pfn = 0;
6065         unsigned long end_pfn = 0;
6066
6067         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6068         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
6069
6070         reset_deferred_meminit(pgdat);
6071         pgdat->node_id = nid;
6072         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6073 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6074         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6075         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6076                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6077                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6078 #else
6079         start_pfn = node_start_pfn;
6080 #endif
6081         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6082                                   zones_size, zholes_size);
6083
6084         alloc_node_mem_map(pgdat);
6085 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6086         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6087                 nid, (unsigned long)pgdat,
6088                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6089 #endif
6090
6091         free_area_init_core(pgdat);
6092 }
6093
6094 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6095
6096 #if MAX_NUMNODES > 1
6097 /*
6098  * Figure out the number of possible node ids.
6099  */
6100 void __init setup_nr_node_ids(void)
6101 {
6102         unsigned int highest;
6103
6104         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6105         nr_node_ids = highest + 1;
6106 }
6107 #endif
6108
6109 /**
6110  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6111  *
6112  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6113  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6114  * all the nodes.
6115  *
6116  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6117  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6118  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6119  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6120  *
6121  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6122  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6123  * populated node map.
6124  *
6125  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6126  * requirement (single node).
6127  */
6128 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6129 {
6130         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6131         unsigned long start, end, mask;
6132         int last_nid = -1;
6133         int i, nid;
6134
6135         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6136                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6137                         last_nid = nid;
6138                         last_end = end;
6139                         continue;
6140                 }
6141
6142                 /*
6143                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6144                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6145                  * too coarse to separate the current node from the last.
6146                  */
6147                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6148                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6149                         mask <<= 1;
6150
6151                 /* accumulate all internode masks */
6152                 accl_mask |= mask;
6153         }
6154
6155         /* convert mask to number of pages */
6156         return ~accl_mask + 1;
6157 }
6158
6159 /* Find the lowest pfn for a node */
6160 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6161 {
6162         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6163         unsigned long start_pfn;
6164         int i;
6165
6166         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6167                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6168
6169         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6170                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6171                 return 0;
6172         }
6173
6174         return min_pfn;
6175 }
6176
6177 /**
6178  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6179  *
6180  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6181  * memblock_set_node().
6182  */
6183 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6184 {
6185         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6186 }
6187
6188 /*
6189  * early_calculate_totalpages()
6190  * Sum pages in active regions for movable zone.
6191  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6192  */
6193 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6194 {
6195         unsigned long totalpages = 0;
6196         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6197         int i, nid;
6198
6199         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6200                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6201
6202                 totalpages += pages;
6203                 if (pages)
6204                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6205         }
6206         return totalpages;
6207 }
6208
6209 /*
6210  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6211  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6212  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6213  * others
6214  */
6215 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6216 {
6217         int i, nid;
6218         unsigned long usable_startpfn;
6219         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6220         /* save the state before borrow the nodemask */
6221         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6222         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6223         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6224         struct memblock_region *r;
6225
6226         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6227         find_usable_zone_for_movable();
6228
6229         /*
6230          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6231          * options.
6232          */
6233         if (movable_node_is_enabled()) {
6234                 for_each_memblock(memory, r) {
6235                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6236                                 continue;
6237
6238                         nid = r->nid;
6239
6240                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6241                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6242                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6243                                 usable_startpfn;
6244                 }
6245
6246                 goto out2;
6247         }
6248
6249         /*
6250          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6251          */
6252         if (mirrored_kernelcore) {
6253                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6254
6255                 for_each_memblock(memory, r) {
6256                         if (memblock_is_mirror(r))
6257                                 continue;
6258
6259                         nid = r->nid;
6260
6261                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6262
6263                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6264                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6265                                 continue;
6266                         }
6267
6268                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6269                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6270                                 usable_startpfn;
6271                 }
6272
6273                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6274                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6275
6276                 goto out2;
6277         }
6278
6279         /*
6280          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6281          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6282          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6283          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6284          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6285          * what movablecore would have allowed.
6286          */
6287         if (required_movablecore) {
6288                 unsigned long corepages;
6289
6290                 /*
6291                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6292                  * was requested by the user
6293                  */
6294                 required_movablecore =
6295                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6296                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6297                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6298
6299                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6300         }
6301
6302         /*
6303          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6304          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6305          */
6306         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6307                 goto out;
6308
6309         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6310         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6311
6312 restart:
6313         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6314         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6315         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6316                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6317
6318                 /*
6319                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6320                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6321                  * amount of memory for the kernel
6322                  */
6323                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6324                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6325
6326                 /*
6327                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6328                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6329                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6330                  */
6331                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6332
6333                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6334                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6335                         unsigned long size_pages;
6336
6337                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6338                         if (start_pfn >= end_pfn)
6339                                 continue;
6340
6341                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6342                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6343                                 unsigned long kernel_pages;
6344                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6345                                                                 - start_pfn;
6346
6347                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6348                                                         kernelcore_remaining);
6349                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6350                                                         required_kernelcore);
6351
6352                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6353                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6354
6355                                         /*
6356                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6357                                          * that if we have to rebalance
6358                                          * kernelcore across nodes, we will
6359                                          * not double account here
6360                                          */
6361                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6362                                         continue;
6363                                 }
6364                                 start_pfn = usable_startpfn;
6365                         }
6366
6367                         /*
6368                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6369                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6370                          * number of pages used as kernelcore
6371                          */
6372                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6373                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6374                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6375                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6376
6377                         /*
6378                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6379                          * break if the kernelcore for this node has been
6380                          * satisfied
6381                          */
6382                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6383                                                                 size_pages);
6384                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6385                         if (!kernelcore_remaining)
6386                                 break;
6387                 }
6388         }
6389
6390         /*
6391          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6392          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6393          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6394          * satisfied
6395          */
6396         usable_nodes--;
6397         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6398                 goto restart;
6399
6400 out2:
6401         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6402         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6403                 zone_movable_pfn[nid] =
6404                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6405
6406 out:
6407         /* restore the node_state */
6408         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6409 }
6410
6411 /* Any regular or high memory on that node ? */
6412 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6413 {
6414         enum zone_type zone_type;
6415
6416         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6417                 return;
6418
6419         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6420                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6421                 if (populated_zone(zone)) {
6422                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6423                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6424                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6425                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6426                         break;
6427                 }
6428         }
6429 }
6430
6431 /**
6432  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6433  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6434  *
6435  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6436  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6437  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6438  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6439  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6440  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6441  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6442  * at arch_max_dma_pfn.
6443  */
6444 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6445 {
6446         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6447         int i, nid;
6448
6449         /* Record where the zone boundaries are */
6450         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6451                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6452         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6453                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6454         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
6455         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
6456         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6457                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6458                         continue;
6459                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
6460                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
6461                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
6462                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
6463         }
6464         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6465         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6466
6467         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6468         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6469         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6470
6471         /* Print out the zone ranges */
6472         pr_info("Zone ranges:\n");
6473         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6474                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6475                         continue;
6476                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6477                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6478                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6479                         pr_cont("empty\n");
6480                 else
6481                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6482                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6483                                         << PAGE_SHIFT,
6484                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6485                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6486         }
6487
6488         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6489         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6490         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6491                 if (zone_movable_pfn[i])
6492                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6493                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6494         }
6495
6496         /* Print out the early node map */
6497         pr_info("Early memory node ranges\n");
6498         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6499                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6500                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6501                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6502
6503         /* Initialise every node */
6504         mminit_verify_pageflags_layout();
6505         setup_nr_node_ids();
6506         for_each_online_node(nid) {
6507                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6508                 free_area_init_node(nid, NULL,
6509                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6510
6511                 /* Any memory on that node */
6512                 if (pgdat->node_present_pages)
6513                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6514                 check_for_memory(pgdat, nid);
6515         }
6516 }
6517
6518 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6519 {
6520         unsigned long long coremem;
6521         if (!p)
6522                 return -EINVAL;
6523
6524         coremem = memparse(p, &p);
6525         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6526
6527         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6528         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6529
6530         return 0;
6531 }
6532
6533 /*
6534  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6535  * cannot be reclaimed or migrated.
6536  */
6537 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6538 {
6539         /* parse kernelcore=mirror */
6540         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6541                 mirrored_kernelcore = true;
6542                 return 0;
6543         }
6544
6545         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6546 }
6547
6548 /*
6549  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6550  * can be reclaimed or migrated.
6551  */
6552 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6553 {
6554         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6555 }
6556
6557 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6558 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6559
6560 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6561
6562 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6563 {
6564         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6565         page_zone(page)->managed_pages += count;
6566         totalram_pages += count;
6567 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6568         if (PageHighMem(page))
6569                 totalhigh_pages += count;
6570 #endif
6571         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6572 }
6573 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6574
6575 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6576 {
6577         void *pos;
6578         unsigned long pages = 0;
6579
6580         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6581         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6582         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6583                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6584                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6585                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6586         }
6587
6588         if (pages && s)
6589                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6590                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6591
6592         return pages;
6593 }
6594 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6595
6596 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6597 void free_highmem_page(struct page *page)
6598 {
6599         __free_reserved_page(page);
6600         totalram_pages++;
6601         page_zone(page)->managed_pages++;
6602         totalhigh_pages++;
6603 }
6604 #endif
6605
6606
6607 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6608 {
6609         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6610         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6611
6612         physpages = get_num_physpages();
6613         codesize = _etext - _stext;
6614         datasize = _edata - _sdata;
6615         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6616         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6617         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6618         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6619
6620         /*
6621          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6622          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6623          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6624          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6625          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6626          */
6627 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6628         do { \
6629                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6630                         size -= adj; \
6631         } while (0)
6632
6633         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6634                      _sinittext, init_code_size);
6635         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6636         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6637         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6638         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6639
6640 #undef  adj_init_size
6641
6642         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6643 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6644                 ", %luK highmem"
6645 #endif
6646                 "%s%s)\n",
6647                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6648                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6649                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6650                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6651                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6652                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6653 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6654                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6655 #endif
6656                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6657 }
6658
6659 /**
6660  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6661  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6662  *
6663  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6664  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6665  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6666  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6667  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6668  * smaller per-cpu batchsize.
6669  */
6670 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6671 {
6672         dma_reserve = new_dma_reserve;
6673 }
6674
6675 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6676 {
6677         free_area_init_node(0, zones_size,
6678                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6679 }
6680
6681 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6682                                  unsigned long action, void *hcpu)
6683 {
6684         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6685
6686         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6687                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6688                 drain_pages(cpu);
6689
6690                 /*
6691                  * Spill the event counters of the dead processor
6692                  * into the current processors event counters.
6693                  * This artificially elevates the count of the current
6694                  * processor.
6695                  */
6696                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6697
6698                 /*
6699                  * Zero the differential counters of the dead processor
6700                  * so that the vm statistics are consistent.
6701                  *
6702                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6703                  * race with what we are doing.
6704                  */
6705                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6706         }
6707         return NOTIFY_OK;
6708 }
6709
6710 void __init page_alloc_init(void)
6711 {
6712         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6713 }
6714
6715 /*
6716  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6717  *      or min_free_kbytes changes.
6718  */
6719 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6720 {
6721         struct pglist_data *pgdat;
6722         unsigned long reserve_pages = 0;
6723         enum zone_type i, j;
6724
6725         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6726                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6727                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6728                         long max = 0;
6729
6730                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6731                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6732                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6733                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6734                         }
6735
6736                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6737                         max += high_wmark_pages(zone);
6738
6739                         if (max > zone->managed_pages)
6740                                 max = zone->managed_pages;
6741
6742                         zone->totalreserve_pages = max;
6743
6744                         reserve_pages += max;
6745                 }
6746         }
6747         totalreserve_pages = reserve_pages;
6748 }
6749
6750 /*
6751  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6752  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6753  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6754  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6755  */
6756 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6757 {
6758         struct pglist_data *pgdat;
6759         enum zone_type j, idx;
6760
6761         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6762                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6763                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6764                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6765
6766                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6767
6768                         idx = j;
6769                         while (idx) {
6770                                 struct zone *lower_zone;
6771
6772                                 idx--;
6773
6774                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6775                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6776
6777                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6778                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6779                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6780                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6781                         }
6782                 }
6783         }
6784
6785         /* update totalreserve_pages */
6786         calculate_totalreserve_pages();
6787 }
6788
6789 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6790 {
6791         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6792         unsigned long lowmem_pages = 0;
6793         struct zone *zone;
6794         unsigned long flags;
6795
6796         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6797         for_each_zone(zone) {
6798                 if (!is_highmem(zone))
6799                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6800         }
6801
6802         for_each_zone(zone) {
6803                 u64 tmp;
6804
6805                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6806                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6807                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6808                 if (is_highmem(zone)) {
6809                         /*
6810                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6811                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6812                          * value here.
6813                          *
6814                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6815                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6816                          * not be capped for highmem.
6817                          */
6818                         unsigned long min_pages;
6819
6820                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6821                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6822                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6823                 } else {
6824                         /*
6825                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6826                          * proportionate to the zone's size.
6827                          */
6828                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6829                 }
6830
6831                 /*
6832                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6833                  * scale factor in proportion to available memory, but
6834                  * ensure a minimum size on small systems.
6835                  */
6836                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6837                             mult_frac(zone->managed_pages,
6838                                       watermark_scale_factor, 10000));
6839
6840                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6841                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6842
6843                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6844                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6845                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6846
6847                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6848         }
6849
6850         /* update totalreserve_pages */
6851         calculate_totalreserve_pages();
6852 }
6853
6854 /**
6855  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6856  * or when memory is hot-{added|removed}
6857  *
6858  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6859  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6860  */
6861 void setup_per_zone_wmarks(void)
6862 {
6863         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6864         __setup_per_zone_wmarks();
6865         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6866 }
6867
6868 /*
6869  * Initialise min_free_kbytes.
6870  *
6871  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6872  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6873  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6874  *
6875  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6876  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6877  *
6878  * which yields
6879  *
6880  * 16MB:        512k
6881  * 32MB:        724k
6882  * 64MB:        1024k
6883  * 128MB:       1448k
6884  * 256MB:       2048k
6885  * 512MB:       2896k
6886  * 1024MB:      4096k
6887  * 2048MB:      5792k
6888  * 4096MB:      8192k
6889  * 8192MB:      11584k
6890  * 16384MB:     16384k
6891  */
6892 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6893 {
6894         unsigned long lowmem_kbytes;
6895         int new_min_free_kbytes;
6896
6897         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6898         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6899
6900         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6901                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6902                 if (min_free_kbytes < 128)
6903                         min_free_kbytes = 128;
6904                 if (min_free_kbytes > 65536)
6905                         min_free_kbytes = 65536;
6906         } else {
6907                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6908                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6909         }
6910         setup_per_zone_wmarks();
6911         refresh_zone_stat_thresholds();
6912         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6913         return 0;
6914 }
6915 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6916
6917 /*
6918  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6919  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6920  *      changes.
6921  */
6922 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6923         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6924 {
6925         int rc;
6926
6927         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6928         if (rc)
6929                 return rc;
6930
6931         if (write) {
6932                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6933                 setup_per_zone_wmarks();
6934         }
6935         return 0;
6936 }
6937
6938 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6939         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6940 {
6941         int rc;
6942
6943         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6944         if (rc)
6945                 return rc;
6946
6947         if (write)
6948                 setup_per_zone_wmarks();
6949
6950         return 0;
6951 }
6952
6953 #ifdef CONFIG_NUMA
6954 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6955         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6956 {
6957         struct zone *zone;
6958         int rc;
6959
6960         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6961         if (rc)
6962                 return rc;
6963
6964         for_each_zone(zone)
6965                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6966                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6967         return 0;
6968 }
6969
6970 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6971         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6972 {
6973         struct zone *zone;
6974         int rc;
6975
6976         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6977         if (rc)
6978                 return rc;
6979
6980         for_each_zone(zone)
6981                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6982                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6983         return 0;
6984 }
6985 #endif
6986
6987 /*
6988  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6989  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6990  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6991  *
6992  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6993  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6994  * if in function of the boot time zone sizes.
6995  */
6996 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6997         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6998 {
6999         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7000         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7001         return 0;
7002 }
7003
7004 /*
7005  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7006  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7007  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7008  */
7009 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7010         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7011 {
7012         struct zone *zone;
7013         int old_percpu_pagelist_fraction;
7014         int ret;
7015
7016         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7017         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7018
7019         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7020         if (!write || ret < 0)
7021                 goto out;
7022
7023         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7024         if (percpu_pagelist_fraction &&
7025             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7026                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7027                 ret = -EINVAL;
7028                 goto out;
7029         }
7030
7031         /* No change? */
7032         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7033                 goto out;
7034
7035         for_each_populated_zone(zone) {
7036                 unsigned int cpu;
7037
7038                 for_each_possible_cpu(cpu)
7039                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7040                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7041         }
7042 out:
7043         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7044         return ret;
7045 }
7046
7047 #ifdef CONFIG_NUMA
7048 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7049
7050 static int __init set_hashdist(char *str)
7051 {
7052         if (!str)
7053                 return 0;
7054         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7055         return 1;
7056 }
7057 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7058 #endif
7059
7060 /*
7061  * allocate a large system hash table from bootmem
7062  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7063  *   quantity of entries
7064  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7065  */
7066 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7067                                      unsigned long bucketsize,
7068                                      unsigned long numentries,
7069                                      int scale,
7070                                      int flags,
7071                                      unsigned int *_hash_shift,
7072                                      unsigned int *_hash_mask,
7073                                      unsigned long low_limit,
7074                                      unsigned long high_limit)
7075 {
7076         unsigned long long max = high_limit;
7077         unsigned long log2qty, size;
7078         void *table = NULL;
7079
7080         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7081         if (!numentries) {
7082                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7083                 numentries = nr_kernel_pages;
7084
7085                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7086                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7087                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7088
7089                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7090                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7091                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7092                 else
7093                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7094
7095                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7096                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7097                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7098                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7099                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7100                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7101                                 BUG_ON(!numentries);
7102                         }
7103                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7104                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7105         }
7106         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7107
7108         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7109         if (max == 0) {
7110                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7111                 do_div(max, bucketsize);
7112         }
7113         max = min(max, 0x80000000ULL);
7114
7115         if (numentries < low_limit)
7116                 numentries = low_limit;
7117         if (numentries > max)
7118                 numentries = max;
7119
7120         log2qty = ilog2(numentries);
7121
7122         do {
7123                 size = bucketsize << log2qty;
7124                 if (flags & HASH_EARLY)
7125                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7126                 else if (hashdist)
7127                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7128                 else {
7129                         /*
7130                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7131                          * some pages at the end of hash table which
7132                          * alloc_pages_exact() automatically does
7133                          */
7134                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7135                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7136                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7137                         }
7138                 }
7139         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7140
7141         if (!table)
7142                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7143
7144         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7145                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7146
7147         if (_hash_shift)
7148                 *_hash_shift = log2qty;
7149         if (_hash_mask)
7150                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7151
7152         return table;
7153 }
7154
7155 /*
7156  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7157  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7158  *
7159  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7160  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7161  * expect this function should be exact.
7162  */
7163 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7164                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7165 {
7166         unsigned long pfn, iter, found;
7167         int mt;
7168
7169         /*
7170          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7171          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7172          */
7173         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7174                 return false;
7175         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7176         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7177                 return false;
7178
7179         pfn = page_to_pfn(page);
7180         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7181                 unsigned long check = pfn + iter;
7182
7183                 if (!pfn_valid_within(check))
7184                         continue;
7185
7186                 page = pfn_to_page(check);
7187
7188                 /*
7189                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7190                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7191                  * handle each tail page individually in migration.
7192                  */
7193                 if (PageHuge(page)) {
7194                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7195                         continue;
7196                 }
7197
7198                 /*
7199                  * We can't use page_count without pin a page
7200                  * because another CPU can free compound page.
7201                  * This check already skips compound tails of THP
7202                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7203                  */
7204                 if (!page_ref_count(page)) {
7205                         if (PageBuddy(page))
7206                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7207                         continue;
7208                 }
7209
7210                 /*
7211                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7212                  * page_count() is not 0.
7213                  */
7214                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7215                         continue;
7216
7217                 if (!PageLRU(page))
7218                         found++;
7219                 /*
7220                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7221                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7222                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7223                  */
7224                 /*
7225                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7226                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7227                  *
7228                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7229                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7230                  * page at boot.
7231                  */
7232                 if (found > count)
7233                         return true;
7234         }
7235         return false;
7236 }
7237
7238 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7239 {
7240         struct zone *zone;
7241         unsigned long pfn;
7242
7243         /*
7244          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7245          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7246          * the zone but still within the section.
7247          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7248          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7249          */
7250         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7251                 return false;
7252
7253         zone = page_zone(page);
7254         pfn = page_to_pfn(page);
7255         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7256                 return false;
7257
7258         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7259 }
7260
7261 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7262
7263 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7264 {
7265         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7266                              pageblock_nr_pages) - 1);
7267 }
7268
7269 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7270 {
7271         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7272                                 pageblock_nr_pages));
7273 }
7274
7275 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7276 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7277                                         unsigned long start, unsigned long end)
7278 {
7279         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7280         unsigned long nr_reclaimed;
7281         unsigned long pfn = start;
7282         unsigned int tries = 0;
7283         int ret = 0;
7284
7285         migrate_prep();
7286
7287         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7288                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7289                         ret = -EINTR;
7290                         break;
7291                 }
7292
7293                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7294                         cc->nr_migratepages = 0;
7295                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7296                         if (!pfn) {
7297                                 ret = -EINTR;
7298                                 break;
7299                         }
7300                         tries = 0;
7301                 } else if (++tries == 5) {
7302                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7303                         break;
7304                 }
7305
7306                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7307                                                         &cc->migratepages);
7308                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7309
7310                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7311                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7312         }
7313         if (ret < 0) {
7314                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7315                 return ret;
7316         }
7317         return 0;
7318 }
7319
7320 /**
7321  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7322  * @start:      start PFN to allocate
7323  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7324  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7325  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7326  *                      in range must have the same migratetype and it must
7327  *                      be either of the two.
7328  *
7329  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7330  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7331  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7332  * pages fall in.
7333  *
7334  * The PFN range must belong to a single zone.
7335  *
7336  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7337  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7338  * need to be freed with free_contig_range().
7339  */
7340 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7341                        unsigned migratetype)
7342 {
7343         unsigned long outer_start, outer_end;
7344         unsigned int order;
7345         int ret = 0;
7346
7347         struct compact_control cc = {
7348                 .nr_migratepages = 0,
7349                 .order = -1,
7350                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7351                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7352                 .ignore_skip_hint = true,
7353         };
7354         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7355
7356         /*
7357          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7358          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7359          * have different sizes, and due to the way page allocator
7360          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7361          * that page allocator won't try to merge buddies from
7362          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7363          * other migration type.
7364          *
7365          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7366          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7367          * we are interested in).  This will put all the pages in
7368          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7369          *
7370          * When this is done, we take the pages in range from page
7371          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7372          * page allocator will never consider using them.
7373          *
7374          * This lets us mark the pageblocks back as
7375          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7376          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7377          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7378          */
7379
7380         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7381                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7382                                        false);
7383         if (ret)
7384                 return ret;
7385
7386         /*
7387          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7388          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7389          */
7390         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7391         if (ret && ret != -EBUSY)
7392                 goto done;
7393
7394         /*
7395          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7396          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7397          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7398          * What we are going to do is to allocate all pages from
7399          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7400          *
7401          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7402          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7403          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7404          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7405          * once this is done free the pages we are not interested in.
7406          *
7407          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7408          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7409          */
7410
7411         lru_add_drain_all();
7412         drain_all_pages(cc.zone);
7413
7414         order = 0;
7415         outer_start = start;
7416         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7417                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7418                         outer_start = start;
7419                         break;
7420                 }
7421                 outer_start &= ~0UL << order;
7422         }
7423
7424         if (outer_start != start) {
7425                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7426
7427                 /*
7428                  * outer_start page could be small order buddy page and
7429                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7430                  * in this case to report failed page properly
7431                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7432                  */
7433                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7434                         outer_start = start;
7435         }
7436
7437         /* Make sure the range is really isolated. */
7438         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7439                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7440                         __func__, outer_start, end);
7441                 ret = -EBUSY;
7442                 goto done;
7443         }
7444
7445         /* Grab isolated pages from freelists. */
7446         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7447         if (!outer_end) {
7448                 ret = -EBUSY;
7449                 goto done;
7450         }
7451
7452         /* Free head and tail (if any) */
7453         if (start != outer_start)
7454                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7455         if (end != outer_end)
7456                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7457
7458 done:
7459         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7460                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7461         return ret;
7462 }
7463
7464 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7465 {
7466         unsigned int count = 0;
7467
7468         for (; nr_pages--; pfn++) {
7469                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7470
7471                 count += page_count(page) != 1;
7472                 __free_page(page);
7473         }
7474         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7475 }
7476 #endif
7477
7478 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7479 /*
7480  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7481  * page high values need to be recalulated.
7482  */
7483 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7484 {
7485         unsigned cpu;
7486         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7487         for_each_possible_cpu(cpu)
7488                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7489                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7490         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7491 }
7492 #endif
7493
7494 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7495 {
7496         unsigned long flags;
7497         int cpu;
7498         struct per_cpu_pageset *pset;
7499
7500         /* avoid races with drain_pages()  */
7501         local_irq_save(flags);
7502         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7503                 for_each_online_cpu(cpu) {
7504                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7505                         drain_zonestat(zone, pset);
7506                 }
7507                 free_percpu(zone->pageset);
7508                 zone->pageset = &boot_pageset;
7509         }
7510         local_irq_restore(flags);
7511 }
7512
7513 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7514 /*
7515  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7516  * before calling this.
7517  */
7518 void
7519 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7520 {
7521         struct page *page;
7522         struct zone *zone;
7523         unsigned int order, i;
7524         unsigned long pfn;
7525         unsigned long flags;
7526         /* find the first valid pfn */
7527         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7528                 if (pfn_valid(pfn))
7529                         break;
7530         if (pfn == end_pfn)
7531                 return;
7532         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7533         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7534         pfn = start_pfn;
7535         while (pfn < end_pfn) {
7536                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7537                         pfn++;
7538                         continue;
7539                 }
7540                 page = pfn_to_page(pfn);
7541                 /*
7542                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7543                  * page_count() is not 0.
7544                  */
7545                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7546                         pfn++;
7547                         SetPageReserved(page);
7548                         continue;
7549                 }
7550
7551                 BUG_ON(page_count(page));
7552                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7553                 order = page_order(page);
7554 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7555                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7556                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7557 #endif
7558                 list_del(&page->lru);
7559                 rmv_page_order(page);
7560                 zone->free_area[order].nr_free--;
7561                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7562                         SetPageReserved((page+i));
7563                 pfn += (1 << order);
7564         }
7565         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7566 }
7567 #endif
7568
7569 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7570 {
7571         struct zone *zone = page_zone(page);
7572         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7573         unsigned long flags;
7574         unsigned int order;
7575
7576         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7577         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7578                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7579
7580                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7581                         break;
7582         }
7583         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7584
7585         return order < MAX_ORDER;
7586 }