]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/blob - mm/page_alloc.c
mm, page_alloc: reduce cost of fair zone allocation policy retry
[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
356 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
357 {
358         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
359                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
360                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
361
362         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
363                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
364 }
365
366 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
367 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
368 {
369         int ret = 0;
370         unsigned seq;
371         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
372         unsigned long sp, start_pfn;
373
374         do {
375                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
376                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
377                 sp = zone->spanned_pages;
378                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
379                         ret = 1;
380         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
381
382         if (ret)
383                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
384                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
385                         start_pfn, start_pfn + sp);
386
387         return ret;
388 }
389
390 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
391 {
392         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
393                 return 0;
394         if (zone != page_zone(page))
395                 return 0;
396
397         return 1;
398 }
399 /*
400  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
401  */
402 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
403 {
404         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
405                 return 1;
406         if (!page_is_consistent(zone, page))
407                 return 1;
408
409         return 0;
410 }
411 #else
412 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
413 {
414         return 0;
415 }
416 #endif
417
418 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
419                 unsigned long bad_flags)
420 {
421         static unsigned long resume;
422         static unsigned long nr_shown;
423         static unsigned long nr_unshown;
424
425         /* Don't complain about poisoned pages */
426         if (PageHWPoison(page)) {
427                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
428                 return;
429         }
430
431         /*
432          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
433          * or allow a steady drip of one report per second.
434          */
435         if (nr_shown == 60) {
436                 if (time_before(jiffies, resume)) {
437                         nr_unshown++;
438                         goto out;
439                 }
440                 if (nr_unshown) {
441                         pr_alert(
442                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
443                                 nr_unshown);
444                         nr_unshown = 0;
445                 }
446                 nr_shown = 0;
447         }
448         if (nr_shown++ == 0)
449                 resume = jiffies + 60 * HZ;
450
451         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
452                 current->comm, page_to_pfn(page));
453         __dump_page(page, reason);
454         bad_flags &= page->flags;
455         if (bad_flags)
456                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
457                                                 bad_flags, &bad_flags);
458         dump_page_owner(page);
459
460         print_modules();
461         dump_stack();
462 out:
463         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
464         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
465         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
466 }
467
468 /*
469  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
470  *
471  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
472  *
473  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
474  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
475  *
476  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
477  * page destructors. See compound_page_dtors.
478  *
479  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
480  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
481  */
482
483 void free_compound_page(struct page *page)
484 {
485         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
486 }
487
488 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
489 {
490         int i;
491         int nr_pages = 1 << order;
492
493         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
494         set_compound_order(page, order);
495         __SetPageHead(page);
496         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
497                 struct page *p = page + i;
498                 set_page_count(p, 0);
499                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
500                 set_compound_head(p, page);
501         }
502         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
503 }
504
505 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
506 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
507 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
508                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
509 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
510 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
511
512 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
513 {
514         if (!buf)
515                 return -EINVAL;
516
517         if (strcmp(buf, "on") == 0)
518                 _debug_pagealloc_enabled = true;
519
520         if (strcmp(buf, "off") == 0)
521                 _debug_pagealloc_enabled = false;
522
523         return 0;
524 }
525 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
526
527 static bool need_debug_guardpage(void)
528 {
529         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
530         if (!debug_pagealloc_enabled())
531                 return false;
532
533         return true;
534 }
535
536 static void init_debug_guardpage(void)
537 {
538         if (!debug_pagealloc_enabled())
539                 return;
540
541         _debug_guardpage_enabled = true;
542 }
543
544 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
545         .need = need_debug_guardpage,
546         .init = init_debug_guardpage,
547 };
548
549 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
550 {
551         unsigned long res;
552
553         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
554                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
555                 return 0;
556         }
557         _debug_guardpage_minorder = res;
558         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
559         return 0;
560 }
561 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
562
563 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
564                                 unsigned int order, int migratetype)
565 {
566         struct page_ext *page_ext;
567
568         if (!debug_guardpage_enabled())
569                 return;
570
571         page_ext = lookup_page_ext(page);
572         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
573
574         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
575         set_page_private(page, order);
576         /* Guard pages are not available for any usage */
577         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
578 }
579
580 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
581                                 unsigned int order, int migratetype)
582 {
583         struct page_ext *page_ext;
584
585         if (!debug_guardpage_enabled())
586                 return;
587
588         page_ext = lookup_page_ext(page);
589         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
590
591         set_page_private(page, 0);
592         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
593                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
594 }
595 #else
596 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
597 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
598                                 unsigned int order, int migratetype) {}
599 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
600                                 unsigned int order, int migratetype) {}
601 #endif
602
603 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
604 {
605         set_page_private(page, order);
606         __SetPageBuddy(page);
607 }
608
609 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
610 {
611         __ClearPageBuddy(page);
612         set_page_private(page, 0);
613 }
614
615 /*
616  * This function checks whether a page is free && is the buddy
617  * we can do coalesce a page and its buddy if
618  * (a) the buddy is not in a hole &&
619  * (b) the buddy is in the buddy system &&
620  * (c) a page and its buddy have the same order &&
621  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
622  *
623  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
624  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
625  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
626  * serialized by zone->lock.
627  *
628  * For recording page's order, we use page_private(page).
629  */
630 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
631                                                         unsigned int order)
632 {
633         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
634                 return 0;
635
636         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
637                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
638                         return 0;
639
640                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
641
642                 return 1;
643         }
644
645         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
646                 /*
647                  * zone check is done late to avoid uselessly
648                  * calculating zone/node ids for pages that could
649                  * never merge.
650                  */
651                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
652                         return 0;
653
654                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
655
656                 return 1;
657         }
658         return 0;
659 }
660
661 /*
662  * Freeing function for a buddy system allocator.
663  *
664  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
665  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
666  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
667  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
668  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
669  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
670  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
671  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
672  * parts of the VM system.
673  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
674  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
675  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
676  * field.
677  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
678  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
679  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
680  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
681  * triggers coalescing into a block of larger size.
682  *
683  * -- nyc
684  */
685
686 static inline void __free_one_page(struct page *page,
687                 unsigned long pfn,
688                 struct zone *zone, unsigned int order,
689                 int migratetype)
690 {
691         unsigned long page_idx;
692         unsigned long combined_idx;
693         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
694         struct page *buddy;
695         unsigned int max_order;
696
697         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
698
699         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
700         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
701
702         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
703         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
704                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
705
706         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
707
708         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
709         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
710
711 continue_merging:
712         while (order < max_order - 1) {
713                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
714                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
715                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
716                         goto done_merging;
717                 /*
718                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
719                  * merge with it and move up one order.
720                  */
721                 if (page_is_guard(buddy)) {
722                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
723                 } else {
724                         list_del(&buddy->lru);
725                         zone->free_area[order].nr_free--;
726                         rmv_page_order(buddy);
727                 }
728                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
729                 page = page + (combined_idx - page_idx);
730                 page_idx = combined_idx;
731                 order++;
732         }
733         if (max_order < MAX_ORDER) {
734                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
735                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
736                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
737                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
738                  *
739                  * We don't want to hit this code for the more frequent
740                  * low-order merging.
741                  */
742                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
743                         int buddy_mt;
744
745                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
746                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
747                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
748
749                         if (migratetype != buddy_mt
750                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
751                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
752                                 goto done_merging;
753                 }
754                 max_order++;
755                 goto continue_merging;
756         }
757
758 done_merging:
759         set_page_order(page, order);
760
761         /*
762          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
763          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
764          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
765          * that is happening, add the free page to the tail of the list
766          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
767          * as a higher order page
768          */
769         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
770                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
771                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
772                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
773                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
774                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
775                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
776                         list_add_tail(&page->lru,
777                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
778                         goto out;
779                 }
780         }
781
782         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
783 out:
784         zone->free_area[order].nr_free++;
785 }
786
787 static inline int free_pages_check(struct page *page)
788 {
789         const char *bad_reason = NULL;
790         unsigned long bad_flags = 0;
791
792         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
793                 bad_reason = "nonzero mapcount";
794         if (unlikely(page->mapping != NULL))
795                 bad_reason = "non-NULL mapping";
796         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
797                 bad_reason = "nonzero _refcount";
798         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
799                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
800                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
801         }
802 #ifdef CONFIG_MEMCG
803         if (unlikely(page->mem_cgroup))
804                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
805 #endif
806         if (unlikely(bad_reason)) {
807                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
808                 return 1;
809         }
810         page_cpupid_reset_last(page);
811         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
812                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
813         return 0;
814 }
815
816 /*
817  * Frees a number of pages from the PCP lists
818  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
819  * count is the number of pages to free.
820  *
821  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
822  * see if this freeing clears that state.
823  *
824  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
825  * pinned" detection logic.
826  */
827 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
828                                         struct per_cpu_pages *pcp)
829 {
830         int migratetype = 0;
831         int batch_free = 0;
832         int to_free = count;
833         unsigned long nr_scanned;
834         bool isolated_pageblocks;
835
836         spin_lock(&zone->lock);
837         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
838         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
839         if (nr_scanned)
840                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
841
842         while (to_free) {
843                 struct page *page;
844                 struct list_head *list;
845
846                 /*
847                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
848                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
849                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
850                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
851                  * lists
852                  */
853                 do {
854                         batch_free++;
855                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
856                                 migratetype = 0;
857                         list = &pcp->lists[migratetype];
858                 } while (list_empty(list));
859
860                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
861                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
862                         batch_free = to_free;
863
864                 do {
865                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
866
867                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
868                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
869                         list_del(&page->lru);
870
871                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
872                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
873                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
874                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
875                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
876                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
877
878                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
879                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
880                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
881         }
882         spin_unlock(&zone->lock);
883 }
884
885 static void free_one_page(struct zone *zone,
886                                 struct page *page, unsigned long pfn,
887                                 unsigned int order,
888                                 int migratetype)
889 {
890         unsigned long nr_scanned;
891         spin_lock(&zone->lock);
892         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
893         if (nr_scanned)
894                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
895
896         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
897                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
898                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
899         }
900         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
901         spin_unlock(&zone->lock);
902 }
903
904 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
905 {
906         int ret = 1;
907
908         /*
909          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
910          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
911          */
912         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
913
914         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
915                 ret = 0;
916                 goto out;
917         }
918         switch (page - head_page) {
919         case 1:
920                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
921                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
922                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
923                         goto out;
924                 }
925                 break;
926         case 2:
927                 /*
928                  * the second tail page: ->mapping is
929                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
930                  */
931                 break;
932         default:
933                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
934                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
935                         goto out;
936                 }
937                 break;
938         }
939         if (unlikely(!PageTail(page))) {
940                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
941                 goto out;
942         }
943         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
944                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
945                 goto out;
946         }
947         ret = 0;
948 out:
949         page->mapping = NULL;
950         clear_compound_head(page);
951         return ret;
952 }
953
954 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
955                                 unsigned long zone, int nid)
956 {
957         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
958         init_page_count(page);
959         page_mapcount_reset(page);
960         page_cpupid_reset_last(page);
961
962         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
963 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
964         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
965         if (!is_highmem_idx(zone))
966                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
967 #endif
968 }
969
970 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
971                                         int nid)
972 {
973         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
974 }
975
976 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
977 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
978 {
979         pg_data_t *pgdat;
980         int nid, zid;
981
982         if (!early_page_uninitialised(pfn))
983                 return;
984
985         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
986         pgdat = NODE_DATA(nid);
987
988         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
989                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
990
991                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
992                         break;
993         }
994         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
995 }
996 #else
997 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
998 {
999 }
1000 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1001
1002 /*
1003  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1004  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1005  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1006  * sent to the buddy page allocator.
1007  */
1008 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
1009 {
1010         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1011         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1012
1013         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1014                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1015                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1016
1017                         init_reserved_page(start_pfn);
1018
1019                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1020                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1021
1022                         SetPageReserved(page);
1023                 }
1024         }
1025 }
1026
1027 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1028 {
1029         int bad = 0;
1030
1031         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1032
1033         trace_mm_page_free(page, order);
1034         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1035         kasan_free_pages(page, order);
1036
1037         /*
1038          * Check tail pages before head page information is cleared to
1039          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1040          */
1041         if (unlikely(order)) {
1042                 bool compound = PageCompound(page);
1043                 int i;
1044
1045                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1046
1047                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1048                         if (compound)
1049                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1050                         bad += free_pages_check(page + i);
1051                 }
1052         }
1053         if (PageAnonHead(page))
1054                 page->mapping = NULL;
1055         bad += free_pages_check(page);
1056         if (bad)
1057                 return false;
1058
1059         reset_page_owner(page, order);
1060
1061         if (!PageHighMem(page)) {
1062                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1063                                            PAGE_SIZE << order);
1064                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1065                                            PAGE_SIZE << order);
1066         }
1067         arch_free_page(page, order);
1068         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1069         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1070
1071         return true;
1072 }
1073
1074 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1075 {
1076         unsigned long flags;
1077         int migratetype;
1078         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1079
1080         if (!free_pages_prepare(page, order))
1081                 return;
1082
1083         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1084         local_irq_save(flags);
1085         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1086         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1087         local_irq_restore(flags);
1088 }
1089
1090 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1091 {
1092         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1093         struct page *p = page;
1094         unsigned int loop;
1095
1096         prefetchw(p);
1097         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1098                 prefetchw(p + 1);
1099                 __ClearPageReserved(p);
1100                 set_page_count(p, 0);
1101         }
1102         __ClearPageReserved(p);
1103         set_page_count(p, 0);
1104
1105         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1106         set_page_refcounted(page);
1107         __free_pages(page, order);
1108 }
1109
1110 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1111         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1112
1113 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1114
1115 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1116 {
1117         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1118         int nid;
1119
1120         spin_lock(&early_pfn_lock);
1121         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1122         if (nid < 0)
1123                 nid = 0;
1124         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1125
1126         return nid;
1127 }
1128 #endif
1129
1130 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1131 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1132                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1133 {
1134         int nid;
1135
1136         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1137         if (nid >= 0 && nid != node)
1138                 return false;
1139         return true;
1140 }
1141
1142 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1143 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1144 {
1145         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1146 }
1147
1148 #else
1149
1150 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1151 {
1152         return true;
1153 }
1154 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1155                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1156 {
1157         return true;
1158 }
1159 #endif
1160
1161
1162 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1163                                                         unsigned int order)
1164 {
1165         if (early_page_uninitialised(pfn))
1166                 return;
1167         return __free_pages_boot_core(page, order);
1168 }
1169
1170 /*
1171  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1172  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1173  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1174  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1175  * pageblocks.
1176  *
1177  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1178  *
1179  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1180  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1181  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1182  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1183  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1184  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1185  * page in a pageblock.
1186  */
1187 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1188                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1189 {
1190         struct page *start_page;
1191         struct page *end_page;
1192
1193         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1194         end_pfn--;
1195
1196         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1197                 return NULL;
1198
1199         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1200
1201         if (page_zone(start_page) != zone)
1202                 return NULL;
1203
1204         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1205
1206         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1207         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1208                 return NULL;
1209
1210         return start_page;
1211 }
1212
1213 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1214 {
1215         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1216         unsigned long block_end_pfn;
1217
1218         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1219         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1220                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1221                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1222
1223                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1224
1225                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1226                                              block_end_pfn, zone))
1227                         return;
1228         }
1229
1230         /* We confirm that there is no hole */
1231         zone->contiguous = true;
1232 }
1233
1234 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1235 {
1236         zone->contiguous = false;
1237 }
1238
1239 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1240 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1241                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1242 {
1243         int i;
1244
1245         if (!page)
1246                 return;
1247
1248         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1249         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1250             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1251                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1252                 __free_pages_boot_core(page, MAX_ORDER-1);
1253                 return;
1254         }
1255
1256         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++)
1257                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1258 }
1259
1260 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1261 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1262 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1263
1264 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1265 {
1266         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1267                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1268 }
1269
1270 /* Initialise remaining memory on a node */
1271 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1272 {
1273         pg_data_t *pgdat = data;
1274         int nid = pgdat->node_id;
1275         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1276         unsigned long start = jiffies;
1277         unsigned long nr_pages = 0;
1278         unsigned long walk_start, walk_end;
1279         int i, zid;
1280         struct zone *zone;
1281         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1282         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1283
1284         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1285                 pgdat_init_report_one_done();
1286                 return 0;
1287         }
1288
1289         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1290         if (!cpumask_empty(cpumask))
1291                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1292
1293         /* Sanity check boundaries */
1294         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1295         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1296         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1297
1298         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1299         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1300                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1301                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1302                         break;
1303         }
1304
1305         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1306                 unsigned long pfn, end_pfn;
1307                 struct page *page = NULL;
1308                 struct page *free_base_page = NULL;
1309                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1310                 int nr_to_free = 0;
1311
1312                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1313                 pfn = first_init_pfn;
1314                 if (pfn < walk_start)
1315                         pfn = walk_start;
1316                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1317                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1318
1319                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1320                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1321                                 goto free_range;
1322
1323                         /*
1324                          * Ensure pfn_valid is checked every
1325                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1326                          */
1327                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1328                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1329                                         page = NULL;
1330                                         goto free_range;
1331                                 }
1332                         }
1333
1334                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1335                                 page = NULL;
1336                                 goto free_range;
1337                         }
1338
1339                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1340                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1341                                 page++;
1342                         } else {
1343                                 nr_pages += nr_to_free;
1344                                 deferred_free_range(free_base_page,
1345                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1346                                 free_base_page = NULL;
1347                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1348
1349                                 page = pfn_to_page(pfn);
1350                                 cond_resched();
1351                         }
1352
1353                         if (page->flags) {
1354                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1355                                 goto free_range;
1356                         }
1357
1358                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1359                         if (!free_base_page) {
1360                                 free_base_page = page;
1361                                 free_base_pfn = pfn;
1362                                 nr_to_free = 0;
1363                         }
1364                         nr_to_free++;
1365
1366                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1367                         continue;
1368 free_range:
1369                         /* Free the current block of pages to allocator */
1370                         nr_pages += nr_to_free;
1371                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1372                                                                 nr_to_free);
1373                         free_base_page = NULL;
1374                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1375                 }
1376
1377                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1378         }
1379
1380         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1381         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1382
1383         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1384                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1385
1386         pgdat_init_report_one_done();
1387         return 0;
1388 }
1389 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1390
1391 void __init page_alloc_init_late(void)
1392 {
1393         struct zone *zone;
1394
1395 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1396         int nid;
1397
1398         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1399         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1400         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1401                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1402         }
1403
1404         /* Block until all are initialised */
1405         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1406
1407         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1408         files_maxfiles_init();
1409 #endif
1410
1411         for_each_populated_zone(zone)
1412                 set_zone_contiguous(zone);
1413 }
1414
1415 #ifdef CONFIG_CMA
1416 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1417 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1418 {
1419         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1420         struct page *p = page;
1421
1422         do {
1423                 __ClearPageReserved(p);
1424                 set_page_count(p, 0);
1425         } while (++p, --i);
1426
1427         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1428
1429         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1430                 i = pageblock_nr_pages;
1431                 p = page;
1432                 do {
1433                         set_page_refcounted(p);
1434                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1435                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1436                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1437         } else {
1438                 set_page_refcounted(page);
1439                 __free_pages(page, pageblock_order);
1440         }
1441
1442         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1443 }
1444 #endif
1445
1446 /*
1447  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1448  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1449  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1450  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1451  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1452  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1453  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1454  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1455  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1456  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1457  *
1458  * -- nyc
1459  */
1460 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1461         int low, int high, struct free_area *area,
1462         int migratetype)
1463 {
1464         unsigned long size = 1 << high;
1465
1466         while (high > low) {
1467                 area--;
1468                 high--;
1469                 size >>= 1;
1470                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1471
1472                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1473                         debug_guardpage_enabled() &&
1474                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1475                         /*
1476                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1477                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1478                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1479                          * pages will stay not present in virtual address space
1480                          */
1481                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1482                         continue;
1483                 }
1484                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1485                 area->nr_free++;
1486                 set_page_order(&page[size], high);
1487         }
1488 }
1489
1490 /*
1491  * This page is about to be returned from the page allocator
1492  */
1493 static inline int check_new_page(struct page *page)
1494 {
1495         const char *bad_reason = NULL;
1496         unsigned long bad_flags = 0;
1497
1498         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1499                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1500         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1501                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1502         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1503                 bad_reason = "nonzero _count";
1504         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1505                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1506                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1507         }
1508         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1509                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1510                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1511         }
1512 #ifdef CONFIG_MEMCG
1513         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1514                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1515 #endif
1516         if (unlikely(bad_reason)) {
1517                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1518                 return 1;
1519         }
1520         return 0;
1521 }
1522
1523 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1524 {
1525         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1526                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1527 }
1528
1529 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1530                                                         unsigned int alloc_flags)
1531 {
1532         int i;
1533         bool poisoned = true;
1534
1535         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1536                 struct page *p = page + i;
1537                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1538                         return 1;
1539                 if (poisoned)
1540                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1541         }
1542
1543         set_page_private(page, 0);
1544         set_page_refcounted(page);
1545
1546         arch_alloc_page(page, order);
1547         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1548         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1549         kasan_alloc_pages(page, order);
1550
1551         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1552                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1553                         clear_highpage(page + i);
1554
1555         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1556                 prep_compound_page(page, order);
1557
1558         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1559
1560         /*
1561          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1562          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1563          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1564          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1565          */
1566         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1567                 set_page_pfmemalloc(page);
1568         else
1569                 clear_page_pfmemalloc(page);
1570
1571         return 0;
1572 }
1573
1574 /*
1575  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1576  * the smallest available page from the freelists
1577  */
1578 static inline
1579 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1580                                                 int migratetype)
1581 {
1582         unsigned int current_order;
1583         struct free_area *area;
1584         struct page *page;
1585
1586         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1587         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1588                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1589                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1590                                                         struct page, lru);
1591                 if (!page)
1592                         continue;
1593                 list_del(&page->lru);
1594                 rmv_page_order(page);
1595                 area->nr_free--;
1596                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1597                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1598                 return page;
1599         }
1600
1601         return NULL;
1602 }
1603
1604
1605 /*
1606  * This array describes the order lists are fallen back to when
1607  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1608  */
1609 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1610         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1611         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1612         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1613 #ifdef CONFIG_CMA
1614         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1615 #endif
1616 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1617         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1618 #endif
1619 };
1620
1621 #ifdef CONFIG_CMA
1622 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1623                                         unsigned int order)
1624 {
1625         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1626 }
1627 #else
1628 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1629                                         unsigned int order) { return NULL; }
1630 #endif
1631
1632 /*
1633  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1634  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1635  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1636  */
1637 int move_freepages(struct zone *zone,
1638                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1639                           int migratetype)
1640 {
1641         struct page *page;
1642         unsigned int order;
1643         int pages_moved = 0;
1644
1645 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1646         /*
1647          * page_zone is not safe to call in this context when
1648          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1649          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1650          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1651          * grouping pages by mobility
1652          */
1653         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1654 #endif
1655
1656         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1657                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1658                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1659
1660                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1661                         page++;
1662                         continue;
1663                 }
1664
1665                 if (!PageBuddy(page)) {
1666                         page++;
1667                         continue;
1668                 }
1669
1670                 order = page_order(page);
1671                 list_move(&page->lru,
1672                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1673                 page += 1 << order;
1674                 pages_moved += 1 << order;
1675         }
1676
1677         return pages_moved;
1678 }
1679
1680 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1681                                 int migratetype)
1682 {
1683         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1684         struct page *start_page, *end_page;
1685
1686         start_pfn = page_to_pfn(page);
1687         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1688         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1689         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1690         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1691
1692         /* Do not cross zone boundaries */
1693         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1694                 start_page = page;
1695         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1696                 return 0;
1697
1698         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1699 }
1700
1701 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1702                                         int start_order, int migratetype)
1703 {
1704         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1705
1706         while (nr_pageblocks--) {
1707                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1708                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1709         }
1710 }
1711
1712 /*
1713  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1714  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1715  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1716  *
1717  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1718  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1719  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1720  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1721  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1722  * pageblocks.
1723  */
1724 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1725 {
1726         /*
1727          * Leaving this order check is intended, although there is
1728          * relaxed order check in next check. The reason is that
1729          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1730          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1731          * so could be changed anytime.
1732          */
1733         if (order >= pageblock_order)
1734                 return true;
1735
1736         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1737                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1738                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1739                 page_group_by_mobility_disabled)
1740                 return true;
1741
1742         return false;
1743 }
1744
1745 /*
1746  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1747  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1748  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1749  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1750  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1751  */
1752 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1753                                                           int start_type)
1754 {
1755         unsigned int current_order = page_order(page);
1756         int pages;
1757
1758         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1759         if (current_order >= pageblock_order) {
1760                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1761                 return;
1762         }
1763
1764         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1765
1766         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1767         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1768                         page_group_by_mobility_disabled)
1769                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1770 }
1771
1772 /*
1773  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1774  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1775  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1776  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1777  */
1778 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1779                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1780 {
1781         int i;
1782         int fallback_mt;
1783
1784         if (area->nr_free == 0)
1785                 return -1;
1786
1787         *can_steal = false;
1788         for (i = 0;; i++) {
1789                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1790                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1791                         break;
1792
1793                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1794                         continue;
1795
1796                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1797                         *can_steal = true;
1798
1799                 if (!only_stealable)
1800                         return fallback_mt;
1801
1802                 if (*can_steal)
1803                         return fallback_mt;
1804         }
1805
1806         return -1;
1807 }
1808
1809 /*
1810  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1811  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1812  */
1813 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
1814                                 unsigned int alloc_order)
1815 {
1816         int mt;
1817         unsigned long max_managed, flags;
1818
1819         /*
1820          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1821          * Check is race-prone but harmless.
1822          */
1823         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
1824         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1825                 return;
1826
1827         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1828
1829         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1830         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1831                 goto out_unlock;
1832
1833         /* Yoink! */
1834         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1835         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
1836                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
1837                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1838                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1839                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1840         }
1841
1842 out_unlock:
1843         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1844 }
1845
1846 /*
1847  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1848  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1849  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1850  * to recover from than an OOM.
1851  */
1852 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
1853 {
1854         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1855         unsigned long flags;
1856         struct zoneref *z;
1857         struct zone *zone;
1858         struct page *page;
1859         int order;
1860
1861         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
1862                                                                 ac->nodemask) {
1863                 /* Preserve at least one pageblock */
1864                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
1865                         continue;
1866
1867                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1868                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
1869                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1870
1871                         page = list_first_entry_or_null(
1872                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
1873                                         struct page, lru);
1874                         if (!page)
1875                                 continue;
1876
1877                         /*
1878                          * It should never happen but changes to locking could
1879                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
1880                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
1881                          * and watch for underflows.
1882                          */
1883                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
1884                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1885
1886                         /*
1887                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1888                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1889                          * is doing the work and needs the pages. More
1890                          * importantly, if the block was always converted to
1891                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1892                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1893                          * may increase.
1894                          */
1895                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1896                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
1897                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1898                         return;
1899                 }
1900                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1901         }
1902 }
1903
1904 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1905 static inline struct page *
1906 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1907 {
1908         struct free_area *area;
1909         unsigned int current_order;
1910         struct page *page;
1911         int fallback_mt;
1912         bool can_steal;
1913
1914         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1915         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1916                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1917                                 --current_order) {
1918                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1919                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1920                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1921                 if (fallback_mt == -1)
1922                         continue;
1923
1924                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
1925                                                 struct page, lru);
1926                 if (can_steal)
1927                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1928
1929                 /* Remove the page from the freelists */
1930                 area->nr_free--;
1931                 list_del(&page->lru);
1932                 rmv_page_order(page);
1933
1934                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1935                                         start_migratetype);
1936                 /*
1937                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
1938                  * migratetype depending on the decisions in
1939                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
1940                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
1941                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
1942                  */
1943                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
1944
1945                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1946                         start_migratetype, fallback_mt);
1947
1948                 return page;
1949         }
1950
1951         return NULL;
1952 }
1953
1954 /*
1955  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1956  * Call me with the zone->lock already held.
1957  */
1958 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1959                                 int migratetype)
1960 {
1961         struct page *page;
1962
1963         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1964         if (unlikely(!page)) {
1965                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1966                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1967
1968                 if (!page)
1969                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1970         }
1971
1972         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1973         return page;
1974 }
1975
1976 /*
1977  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1978  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1979  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1980  */
1981 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1982                         unsigned long count, struct list_head *list,
1983                         int migratetype, bool cold)
1984 {
1985         int i;
1986
1987         spin_lock(&zone->lock);
1988         for (i = 0; i < count; ++i) {
1989                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1990                 if (unlikely(page == NULL))
1991                         break;
1992
1993                 /*
1994                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1995                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1996                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1997                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1998                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1999                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2000                  * properly.
2001                  */
2002                 if (likely(!cold))
2003                         list_add(&page->lru, list);
2004                 else
2005                         list_add_tail(&page->lru, list);
2006                 list = &page->lru;
2007                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2008                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2009                                               -(1 << order));
2010         }
2011         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2012         spin_unlock(&zone->lock);
2013         return i;
2014 }
2015
2016 #ifdef CONFIG_NUMA
2017 /*
2018  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2019  * currently executing processor on remote nodes after they have
2020  * expired.
2021  *
2022  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2023  * a single processor.
2024  */
2025 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2026 {
2027         unsigned long flags;
2028         int to_drain, batch;
2029
2030         local_irq_save(flags);
2031         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2032         to_drain = min(pcp->count, batch);
2033         if (to_drain > 0) {
2034                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2035                 pcp->count -= to_drain;
2036         }
2037         local_irq_restore(flags);
2038 }
2039 #endif
2040
2041 /*
2042  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2043  *
2044  * The processor must either be the current processor and the
2045  * thread pinned to the current processor or a processor that
2046  * is not online.
2047  */
2048 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2049 {
2050         unsigned long flags;
2051         struct per_cpu_pageset *pset;
2052         struct per_cpu_pages *pcp;
2053
2054         local_irq_save(flags);
2055         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2056
2057         pcp = &pset->pcp;
2058         if (pcp->count) {
2059                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2060                 pcp->count = 0;
2061         }
2062         local_irq_restore(flags);
2063 }
2064
2065 /*
2066  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2067  *
2068  * The processor must either be the current processor and the
2069  * thread pinned to the current processor or a processor that
2070  * is not online.
2071  */
2072 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2073 {
2074         struct zone *zone;
2075
2076         for_each_populated_zone(zone) {
2077                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2078         }
2079 }
2080
2081 /*
2082  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2083  *
2084  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2085  * the single zone's pages.
2086  */
2087 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2088 {
2089         int cpu = smp_processor_id();
2090
2091         if (zone)
2092                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2093         else
2094                 drain_pages(cpu);
2095 }
2096
2097 /*
2098  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2099  *
2100  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2101  *
2102  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2103  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2104  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2105  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2106  * before the call to on_each_cpu_mask().
2107  */
2108 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2109 {
2110         int cpu;
2111
2112         /*
2113          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2114          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2115          */
2116         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2117
2118         /*
2119          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2120          * as offline notification will cause the notified
2121          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2122          * disables preemption as part of its processing
2123          */
2124         for_each_online_cpu(cpu) {
2125                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2126                 struct zone *z;
2127                 bool has_pcps = false;
2128
2129                 if (zone) {
2130                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2131                         if (pcp->pcp.count)
2132                                 has_pcps = true;
2133                 } else {
2134                         for_each_populated_zone(z) {
2135                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2136                                 if (pcp->pcp.count) {
2137                                         has_pcps = true;
2138                                         break;
2139                                 }
2140                         }
2141                 }
2142
2143                 if (has_pcps)
2144                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2145                 else
2146                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2147         }
2148         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2149                                                                 zone, 1);
2150 }
2151
2152 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2153
2154 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2155 {
2156         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2157         unsigned long flags;
2158         unsigned int order, t;
2159         struct page *page;
2160
2161         if (zone_is_empty(zone))
2162                 return;
2163
2164         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2165
2166         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2167         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2168                 if (pfn_valid(pfn)) {
2169                         page = pfn_to_page(pfn);
2170
2171                         if (page_zone(page) != zone)
2172                                 continue;
2173
2174                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2175                                 swsusp_unset_page_free(page);
2176                 }
2177
2178         for_each_migratetype_order(order, t) {
2179                 list_for_each_entry(page,
2180                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2181                         unsigned long i;
2182
2183                         pfn = page_to_pfn(page);
2184                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2185                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2186                 }
2187         }
2188         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2189 }
2190 #endif /* CONFIG_PM */
2191
2192 /*
2193  * Free a 0-order page
2194  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2195  */
2196 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2197 {
2198         struct zone *zone = page_zone(page);
2199         struct per_cpu_pages *pcp;
2200         unsigned long flags;
2201         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2202         int migratetype;
2203
2204         if (!free_pages_prepare(page, 0))
2205                 return;
2206
2207         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2208         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2209         local_irq_save(flags);
2210         __count_vm_event(PGFREE);
2211
2212         /*
2213          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2214          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2215          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2216          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2217          * excessively into the page allocator
2218          */
2219         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2220                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2221                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2222                         goto out;
2223                 }
2224                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2225         }
2226
2227         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2228         if (!cold)
2229                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2230         else
2231                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2232         pcp->count++;
2233         if (pcp->count >= pcp->high) {
2234                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2235                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2236                 pcp->count -= batch;
2237         }
2238
2239 out:
2240         local_irq_restore(flags);
2241 }
2242
2243 /*
2244  * Free a list of 0-order pages
2245  */
2246 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2247 {
2248         struct page *page, *next;
2249
2250         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2251                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2252                 free_hot_cold_page(page, cold);
2253         }
2254 }
2255
2256 /*
2257  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2258  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2259  * Each sub-page must be freed individually.
2260  *
2261  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2262  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2263  */
2264 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2265 {
2266         int i;
2267         gfp_t gfp_mask;
2268
2269         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2270         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2271
2272 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2273         /*
2274          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2275          * otherwise free the whole shadow.
2276          */
2277         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2278                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2279 #endif
2280
2281         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2282         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2283         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2284                 set_page_refcounted(page + i);
2285                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2286         }
2287 }
2288 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2289
2290 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2291 {
2292         unsigned long watermark;
2293         struct zone *zone;
2294         int mt;
2295
2296         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2297
2298         zone = page_zone(page);
2299         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2300
2301         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2302                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2303                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2304                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2305                         return 0;
2306
2307                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2308         }
2309
2310         /* Remove page from free list */
2311         list_del(&page->lru);
2312         zone->free_area[order].nr_free--;
2313         rmv_page_order(page);
2314
2315         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2316
2317         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2318         if (order >= pageblock_order - 1) {
2319                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2320                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2321                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2322                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2323                                 set_pageblock_migratetype(page,
2324                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2325                 }
2326         }
2327
2328
2329         return 1UL << order;
2330 }
2331
2332 /*
2333  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2334  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2335  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2336  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2337  * are enabled.
2338  *
2339  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2340  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2341  */
2342 int split_free_page(struct page *page)
2343 {
2344         unsigned int order;
2345         int nr_pages;
2346
2347         order = page_order(page);
2348
2349         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2350         if (!nr_pages)
2351                 return 0;
2352
2353         /* Split into individual pages */
2354         set_page_refcounted(page);
2355         split_page(page, order);
2356         return nr_pages;
2357 }
2358
2359 /*
2360  * Update NUMA hit/miss statistics
2361  *
2362  * Must be called with interrupts disabled.
2363  *
2364  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2365  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2366  * memory on behalf of other processes.
2367  */
2368 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2369                                                                 gfp_t flags)
2370 {
2371 #ifdef CONFIG_NUMA
2372         int local_nid = numa_node_id();
2373         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2374
2375         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2376                 local_stat = NUMA_OTHER;
2377                 local_nid = preferred_zone->node;
2378         }
2379
2380         if (z->node == local_nid) {
2381                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2382                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2383         } else {
2384                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2385                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2386         }
2387 #endif
2388 }
2389
2390 /*
2391  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2392  */
2393 static inline
2394 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2395                         struct zone *zone, unsigned int order,
2396                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2397                         int migratetype)
2398 {
2399         unsigned long flags;
2400         struct page *page;
2401         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2402
2403         if (likely(order == 0)) {
2404                 struct per_cpu_pages *pcp;
2405                 struct list_head *list;
2406
2407                 local_irq_save(flags);
2408                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2409                 list = &pcp->lists[migratetype];
2410                 if (list_empty(list)) {
2411                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2412                                         pcp->batch, list,
2413                                         migratetype, cold);
2414                         if (unlikely(list_empty(list)))
2415                                 goto failed;
2416                 }
2417
2418                 if (cold)
2419                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2420                 else
2421                         page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2422
2423                 __dec_zone_state(zone, NR_ALLOC_BATCH);
2424                 list_del(&page->lru);
2425                 pcp->count--;
2426         } else {
2427                 /*
2428                  * We most definitely don't want callers attempting to
2429                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2430                  */
2431                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2432                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2433
2434                 page = NULL;
2435                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2436                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2437                         if (page)
2438                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2439                 }
2440                 if (!page)
2441                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2442                 spin_unlock(&zone->lock);
2443                 if (!page)
2444                         goto failed;
2445                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2446                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2447                                           get_pcppage_migratetype(page));
2448         }
2449
2450         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2451             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2452                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2453
2454         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2455         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2456         local_irq_restore(flags);
2457
2458         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2459         return page;
2460
2461 failed:
2462         local_irq_restore(flags);
2463         return NULL;
2464 }
2465
2466 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2467
2468 static struct {
2469         struct fault_attr attr;
2470
2471         bool ignore_gfp_highmem;
2472         bool ignore_gfp_reclaim;
2473         u32 min_order;
2474 } fail_page_alloc = {
2475         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2476         .ignore_gfp_reclaim = true,
2477         .ignore_gfp_highmem = true,
2478         .min_order = 1,
2479 };
2480
2481 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2482 {
2483         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2484 }
2485 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2486
2487 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2488 {
2489         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2490                 return false;
2491         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2492                 return false;
2493         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2494                 return false;
2495         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2496                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2497                 return false;
2498
2499         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2500 }
2501
2502 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2503
2504 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2505 {
2506         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2507         struct dentry *dir;
2508
2509         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2510                                         &fail_page_alloc.attr);
2511         if (IS_ERR(dir))
2512                 return PTR_ERR(dir);
2513
2514         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2515                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2516                 goto fail;
2517         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2518                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2519                 goto fail;
2520         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2521                                 &fail_page_alloc.min_order))
2522                 goto fail;
2523
2524         return 0;
2525 fail:
2526         debugfs_remove_recursive(dir);
2527
2528         return -ENOMEM;
2529 }
2530
2531 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2532
2533 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2534
2535 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2536
2537 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2538 {
2539         return false;
2540 }
2541
2542 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2543
2544 /*
2545  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2546  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2547  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2548  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2549  */
2550 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2551                         unsigned long mark, int classzone_idx,
2552                         unsigned int alloc_flags,
2553                         long free_pages)
2554 {
2555         long min = mark;
2556         int o;
2557         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2558
2559         /* free_pages may go negative - that's OK */
2560         free_pages -= (1 << order) - 1;
2561
2562         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2563                 min -= min / 2;
2564
2565         /*
2566          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2567          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2568          * atomic reserve but it avoids a search.
2569          */
2570         if (likely(!alloc_harder))
2571                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2572         else
2573                 min -= min / 4;
2574
2575 #ifdef CONFIG_CMA
2576         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2577         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2578                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2579 #endif
2580
2581         /*
2582          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2583          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2584          * even if a suitable page happened to be free.
2585          */
2586         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2587                 return false;
2588
2589         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2590         if (!order)
2591                 return true;
2592
2593         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2594         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2595                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2596                 int mt;
2597
2598                 if (!area->nr_free)
2599                         continue;
2600
2601                 if (alloc_harder)
2602                         return true;
2603
2604                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2605                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2606                                 return true;
2607                 }
2608
2609 #ifdef CONFIG_CMA
2610                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2611                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2612                         return true;
2613                 }
2614 #endif
2615         }
2616         return false;
2617 }
2618
2619 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2620                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2621 {
2622         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2623                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2624 }
2625
2626 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2627                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2628 {
2629         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2630
2631         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2632                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2633
2634         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2635                                                                 free_pages);
2636 }
2637
2638 #ifdef CONFIG_NUMA
2639 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2640 {
2641         return local_zone->node == zone->node;
2642 }
2643
2644 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2645 {
2646         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2647                                 RECLAIM_DISTANCE;
2648 }
2649 #else   /* CONFIG_NUMA */
2650 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2651 {
2652         return true;
2653 }
2654
2655 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2656 {
2657         return true;
2658 }
2659 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2660
2661 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2662 {
2663         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2664
2665         do {
2666                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2667                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2668                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2669                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2670         } while (zone++ != preferred_zone);
2671 }
2672
2673 /*
2674  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2675  * a page.
2676  */
2677 static struct page *
2678 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2679                                                 const struct alloc_context *ac)
2680 {
2681         struct zoneref *z;
2682         struct zone *zone;
2683         bool fair_skipped = false;
2684         bool apply_fair = (alloc_flags & ALLOC_FAIR);
2685
2686 zonelist_scan:
2687         /*
2688          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2689          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2690          */
2691         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2692                                                                 ac->nodemask) {
2693                 struct page *page;
2694                 unsigned long mark;
2695
2696                 if (cpusets_enabled() &&
2697                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2698                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2699                                 continue;
2700                 /*
2701                  * Distribute pages in proportion to the individual
2702                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2703                  * page was allocated in should have no effect on the
2704                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2705                  */
2706                 if (apply_fair) {
2707                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2708                                 fair_skipped = true;
2709                                 continue;
2710                         }
2711                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone)) {
2712                                 if (fair_skipped)
2713                                         goto reset_fair;
2714                                 apply_fair = false;
2715                         }
2716                 }
2717                 /*
2718                  * When allocating a page cache page for writing, we
2719                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2720                  * limit, such that no single zone holds more than its
2721                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2722                  * The dirty limits take into account the zone's
2723                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2724                  * should be able to balance it without having to
2725                  * write pages from its LRU list.
2726                  *
2727                  * This may look like it could increase pressure on
2728                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2729                  * before they are full.  But the pages that do spill
2730                  * over are limited as the lower zones are protected
2731                  * by this very same mechanism.  It should not become
2732                  * a practical burden to them.
2733                  *
2734                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2735                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2736                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2737                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2738                  * zones are together not big enough to reach the
2739                  * global limit.  The proper fix for these situations
2740                  * will require awareness of zones in the
2741                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2742                  */
2743                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2744                         continue;
2745
2746                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2747                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2748                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2749                         int ret;
2750
2751                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2752                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2753                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2754                                 goto try_this_zone;
2755
2756                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2757                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2758                                 continue;
2759
2760                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2761                         switch (ret) {
2762                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2763                                 /* did not scan */
2764                                 continue;
2765                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2766                                 /* scanned but unreclaimable */
2767                                 continue;
2768                         default:
2769                                 /* did we reclaim enough */
2770                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2771                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2772                                         goto try_this_zone;
2773
2774                                 continue;
2775                         }
2776                 }
2777
2778 try_this_zone:
2779                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2780                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2781                 if (page) {
2782                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2783                                 goto try_this_zone;
2784
2785                         /*
2786                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2787                          * if the pageblock should be reserved for the future
2788                          */
2789                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2790                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2791
2792                         return page;
2793                 }
2794         }
2795
2796         /*
2797          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2798          * local node.  However, the local node might have free pages left
2799          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2800          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2801          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2802          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2803          */
2804         if (fair_skipped) {
2805 reset_fair:
2806                 apply_fair = false;
2807                 fair_skipped = false;
2808                 reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2809                 goto zonelist_scan;
2810         }
2811
2812         return NULL;
2813 }
2814
2815 /*
2816  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2817  * meminfo in irq context.
2818  */
2819 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2820 {
2821         bool ret = false;
2822
2823 #if NODES_SHIFT > 8
2824         ret = in_interrupt();
2825 #endif
2826         return ret;
2827 }
2828
2829 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2830                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2831                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2832
2833 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2834 {
2835         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2836
2837         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2838             debug_guardpage_minorder() > 0)
2839                 return;
2840
2841         /*
2842          * This documents exceptions given to allocations in certain
2843          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2844          * of allowed nodes.
2845          */
2846         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2847                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2848                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2849                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2850         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2851                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2852
2853         if (fmt) {
2854                 struct va_format vaf;
2855                 va_list args;
2856
2857                 va_start(args, fmt);
2858
2859                 vaf.fmt = fmt;
2860                 vaf.va = &args;
2861
2862                 pr_warn("%pV", &vaf);
2863
2864                 va_end(args);
2865         }
2866
2867         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
2868                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
2869         dump_stack();
2870         if (!should_suppress_show_mem())
2871                 show_mem(filter);
2872 }
2873
2874 static inline struct page *
2875 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2876         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2877 {
2878         struct oom_control oc = {
2879                 .zonelist = ac->zonelist,
2880                 .nodemask = ac->nodemask,
2881                 .gfp_mask = gfp_mask,
2882                 .order = order,
2883         };
2884         struct page *page;
2885
2886         *did_some_progress = 0;
2887
2888         /*
2889          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2890          * making progress for us.
2891          */
2892         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2893                 *did_some_progress = 1;
2894                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2895                 return NULL;
2896         }
2897
2898         /*
2899          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2900          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2901          * we're still under heavy pressure.
2902          */
2903         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2904                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2905         if (page)
2906                 goto out;
2907
2908         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2909                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2910                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2911                         goto out;
2912                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2913                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2914                         goto out;
2915                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2916                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2917                         goto out;
2918                 if (pm_suspended_storage())
2919                         goto out;
2920                 /*
2921                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
2922                  * other request to make a forward progress.
2923                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
2924                  * do much for this context but let's try it to at least get
2925                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
2926                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
2927                  * failures more gracefully we should just bail out here.
2928                  */
2929
2930                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2931                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2932                         goto out;
2933         }
2934         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2935         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2936                 *did_some_progress = 1;
2937
2938                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
2939                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2940                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
2941                         /*
2942                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
2943                          * are depleted
2944                          */
2945                         if (!page)
2946                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2947                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2948                 }
2949         }
2950 out:
2951         mutex_unlock(&oom_lock);
2952         return page;
2953 }
2954
2955 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2956 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2957 static struct page *
2958 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2959                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2960                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2961                 bool *deferred_compaction)
2962 {
2963         unsigned long compact_result;
2964         struct page *page;
2965
2966         if (!order)
2967                 return NULL;
2968
2969         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2970         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2971                                                 mode, contended_compaction);
2972         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2973
2974         switch (compact_result) {
2975         case COMPACT_DEFERRED:
2976                 *deferred_compaction = true;
2977                 /* fall-through */
2978         case COMPACT_SKIPPED:
2979                 return NULL;
2980         default:
2981                 break;
2982         }
2983
2984         /*
2985          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2986          * count a compaction stall
2987          */
2988         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2989
2990         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2991                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2992
2993         if (page) {
2994                 struct zone *zone = page_zone(page);
2995
2996                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2997                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2998                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2999                 return page;
3000         }
3001
3002         /*
3003          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3004          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3005          */
3006         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3007
3008         cond_resched();
3009
3010         return NULL;
3011 }
3012 #else
3013 static inline struct page *
3014 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3015                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3016                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
3017                 bool *deferred_compaction)
3018 {
3019         return NULL;
3020 }
3021 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3022
3023 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3024 static int
3025 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3026                                         const struct alloc_context *ac)
3027 {
3028         struct reclaim_state reclaim_state;
3029         int progress;
3030
3031         cond_resched();
3032
3033         /* We now go into synchronous reclaim */
3034         cpuset_memory_pressure_bump();
3035         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3036         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3037         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3038         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3039
3040         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3041                                                                 ac->nodemask);
3042
3043         current->reclaim_state = NULL;
3044         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3045         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3046
3047         cond_resched();
3048
3049         return progress;
3050 }
3051
3052 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3053 static inline struct page *
3054 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3055                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3056                 unsigned long *did_some_progress)
3057 {
3058         struct page *page = NULL;
3059         bool drained = false;
3060
3061         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3062         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3063                 return NULL;
3064
3065 retry:
3066         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3067                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3068
3069         /*
3070          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3071          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3072          * Shrink them them and try again
3073          */
3074         if (!page && !drained) {
3075                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3076                 drain_all_pages(NULL);
3077                 drained = true;
3078                 goto retry;
3079         }
3080
3081         return page;
3082 }
3083
3084 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3085 {
3086         struct zoneref *z;
3087         struct zone *zone;
3088
3089         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3090                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
3091                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
3092 }
3093
3094 static inline unsigned int
3095 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3096 {
3097         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3098
3099         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3100         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3101
3102         /*
3103          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3104          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3105          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3106          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3107          */
3108         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3109
3110         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3111                 /*
3112                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3113                  * if it can't schedule.
3114                  */
3115                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3116                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3117                 /*
3118                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3119                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3120                  */
3121                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3122         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3123                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3124
3125         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3126                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3127                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3128                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3129                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3130                 else if (!in_interrupt() &&
3131                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3132                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3133                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3134         }
3135 #ifdef CONFIG_CMA
3136         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3137                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3138 #endif
3139         return alloc_flags;
3140 }
3141
3142 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3143 {
3144         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3145 }
3146
3147 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3148 {
3149         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3150 }
3151
3152 static inline struct page *
3153 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3154                                                 struct alloc_context *ac)
3155 {
3156         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3157         struct page *page = NULL;
3158         unsigned int alloc_flags;
3159         unsigned long pages_reclaimed = 0;
3160         unsigned long did_some_progress;
3161         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3162         bool deferred_compaction = false;
3163         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
3164
3165         /*
3166          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3167          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3168          * be using allocators in order of preference for an area that is
3169          * too large.
3170          */
3171         if (order >= MAX_ORDER) {
3172                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3173                 return NULL;
3174         }
3175
3176         /*
3177          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3178          * callers that are not in atomic context.
3179          */
3180         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3181                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3182                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3183
3184 retry:
3185         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3186                 wake_all_kswapds(order, ac);
3187
3188         /*
3189          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3190          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3191          * to how we want to proceed.
3192          */
3193         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3194
3195         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3196         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3197                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3198         if (page)
3199                 goto got_pg;
3200
3201         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3202         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3203                 /*
3204                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3205                  * the allocation is high priority and these type of
3206                  * allocations are system rather than user orientated
3207                  */
3208                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3209                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3210                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3211                 if (page)
3212                         goto got_pg;
3213         }
3214
3215         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3216         if (!can_direct_reclaim) {
3217                 /*
3218                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3219                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3220                  * to fail.
3221                  */
3222                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3223                 goto nopage;
3224         }
3225
3226         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3227         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3228                 /*
3229                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3230                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3231                  * for somebody to do a work for us.
3232                  */
3233                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3234                         cond_resched();
3235                         goto retry;
3236                 }
3237                 goto nopage;
3238         }
3239
3240         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3241         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3242                 goto nopage;
3243
3244         /*
3245          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3246          * attempts after direct reclaim are synchronous
3247          */
3248         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3249                                         migration_mode,
3250                                         &contended_compaction,
3251                                         &deferred_compaction);
3252         if (page)
3253                 goto got_pg;
3254
3255         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3256         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3257                 /*
3258                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3259                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3260                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3261                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3262                  * instead of entering direct reclaim.
3263                  */
3264                 if (deferred_compaction)
3265                         goto nopage;
3266
3267                 /*
3268                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3269                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3270                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3271                  * so we fallback to base pages instead.
3272                  */
3273                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3274                         goto nopage;
3275
3276                 /*
3277                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3278                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3279                  * khugepaged trying to collapse.
3280                  */
3281                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3282                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3283                         goto nopage;
3284         }
3285
3286         /*
3287          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3288          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3289          * khugepaged trying to collapse.
3290          */
3291         if (!is_thp_gfp_mask(gfp_mask) || (current->flags & PF_KTHREAD))
3292                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3293
3294         /* Try direct reclaim and then allocating */
3295         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3296                                                         &did_some_progress);
3297         if (page)
3298                 goto got_pg;
3299
3300         /* Do not loop if specifically requested */
3301         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3302                 goto noretry;
3303
3304         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3305         pages_reclaimed += did_some_progress;
3306         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3307             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3308                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3309                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3310                 goto retry;
3311         }
3312
3313         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3314         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3315         if (page)
3316                 goto got_pg;
3317
3318         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3319         if (did_some_progress)
3320                 goto retry;
3321
3322 noretry:
3323         /*
3324          * High-order allocations do not necessarily loop after
3325          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3326          * being called after reclaim so call directly if necessary
3327          */
3328         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3329                                             ac, migration_mode,
3330                                             &contended_compaction,
3331                                             &deferred_compaction);
3332         if (page)
3333                 goto got_pg;
3334 nopage:
3335         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3336 got_pg:
3337         return page;
3338 }
3339
3340 /*
3341  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3342  */
3343 struct page *
3344 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3345                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3346 {
3347         struct zoneref *preferred_zoneref;
3348         struct page *page;
3349         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3350         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_FAIR;
3351         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3352         struct alloc_context ac = {
3353                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3354                 .zonelist = zonelist,
3355                 .nodemask = nodemask,
3356                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3357         };
3358
3359         if (cpusets_enabled()) {
3360                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3361                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3362                 if (!ac.nodemask)
3363                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3364         }
3365
3366         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3367
3368         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3369
3370         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3371
3372         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3373                 return NULL;
3374
3375         /*
3376          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3377          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3378          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3379          */
3380         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3381                 return NULL;
3382
3383         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3384                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3385
3386 retry_cpuset:
3387         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3388
3389         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3390         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3391
3392         /* The preferred zone is used for statistics later */
3393         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3394                                 ac.nodemask, &ac.preferred_zone);
3395         if (!ac.preferred_zone) {
3396                 page = NULL;
3397                 goto no_zone;
3398         }
3399
3400         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3401
3402         /* First allocation attempt */
3403         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3404         if (likely(page))
3405                 goto out;
3406
3407         /*
3408          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3409          * because I/O on the device might not complete.
3410          */
3411         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3412         ac.spread_dirty_pages = false;
3413
3414         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3415
3416 no_zone:
3417         /*
3418          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3419          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3420          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3421          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3422          */
3423         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3424                 alloc_mask = gfp_mask;
3425                 goto retry_cpuset;
3426         }
3427
3428 out:
3429         if (kmemcheck_enabled && page)
3430                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3431
3432         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3433
3434         return page;
3435 }
3436 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3437
3438 /*
3439  * Common helper functions.
3440  */
3441 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3442 {
3443         struct page *page;
3444
3445         /*
3446          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3447          * a highmem page
3448          */
3449         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3450
3451         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3452         if (!page)
3453                 return 0;
3454         return (unsigned long) page_address(page);
3455 }
3456 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3457
3458 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3459 {
3460         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3461 }
3462 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3463
3464 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3465 {
3466         if (put_page_testzero(page)) {
3467                 if (order == 0)
3468                         free_hot_cold_page(page, false);
3469                 else
3470                         __free_pages_ok(page, order);
3471         }
3472 }
3473
3474 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3475
3476 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3477 {
3478         if (addr != 0) {
3479                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3480                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3481         }
3482 }
3483
3484 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3485
3486 /*
3487  * Page Fragment:
3488  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3489  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3490  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3491  *
3492  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3493  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3494  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3495  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3496  */
3497 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3498                                        gfp_t gfp_mask)
3499 {
3500         struct page *page = NULL;
3501         gfp_t gfp = gfp_mask;
3502
3503 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3504         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3505                     __GFP_NOMEMALLOC;
3506         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3507                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3508         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3509 #endif
3510         if (unlikely(!page))
3511                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3512
3513         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3514
3515         return page;
3516 }
3517
3518 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3519                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3520 {
3521         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3522         struct page *page;
3523         int offset;
3524
3525         if (unlikely(!nc->va)) {
3526 refill:
3527                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3528                 if (!page)
3529                         return NULL;
3530
3531 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3532                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3533                 size = nc->size;
3534 #endif
3535                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3536                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3537                  */
3538                 page_ref_add(page, size - 1);
3539
3540                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3541                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3542                 nc->pagecnt_bias = size;
3543                 nc->offset = size;
3544         }
3545
3546         offset = nc->offset - fragsz;
3547         if (unlikely(offset < 0)) {
3548                 page = virt_to_page(nc->va);
3549
3550                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3551                         goto refill;
3552
3553 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3554                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3555                 size = nc->size;
3556 #endif
3557                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3558                 set_page_count(page, size);
3559
3560                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3561                 nc->pagecnt_bias = size;
3562                 offset = size - fragsz;
3563         }
3564
3565         nc->pagecnt_bias--;
3566         nc->offset = offset;
3567
3568         return nc->va + offset;
3569 }
3570 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3571
3572 /*
3573  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3574  */
3575 void __free_page_frag(void *addr)
3576 {
3577         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3578
3579         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3580                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3581 }
3582 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3583
3584 /*
3585  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3586  * of the current memory cgroup if __GFP_ACCOUNT is set, other than that it is
3587  * equivalent to alloc_pages.
3588  *
3589  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3590  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3591  */
3592 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3593 {
3594         struct page *page;
3595
3596         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3597         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3598                 __free_pages(page, order);
3599                 page = NULL;
3600         }
3601         return page;
3602 }
3603
3604 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3605 {
3606         struct page *page;
3607
3608         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3609         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3610                 __free_pages(page, order);
3611                 page = NULL;
3612         }
3613         return page;
3614 }
3615
3616 /*
3617  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3618  * alloc_kmem_pages.
3619  */
3620 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3621 {
3622         memcg_kmem_uncharge(page, order);
3623         __free_pages(page, order);
3624 }
3625
3626 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3627 {
3628         if (addr != 0) {
3629                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3630                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3631         }
3632 }
3633
3634 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3635                 size_t size)
3636 {
3637         if (addr) {
3638                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3639                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3640
3641                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3642                 while (used < alloc_end) {
3643                         free_page(used);
3644                         used += PAGE_SIZE;
3645                 }
3646         }
3647         return (void *)addr;
3648 }
3649
3650 /**
3651  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3652  * @size: the number of bytes to allocate
3653  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3654  *
3655  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3656  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3657  * allocate memory in power-of-two pages.
3658  *
3659  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3660  *
3661  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3662  */
3663 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3664 {
3665         unsigned int order = get_order(size);
3666         unsigned long addr;
3667
3668         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3669         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3670 }
3671 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3672
3673 /**
3674  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3675  *                         pages on a node.
3676  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3677  * @size: the number of bytes to allocate
3678  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3679  *
3680  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3681  * back.
3682  */
3683 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3684 {
3685         unsigned int order = get_order(size);
3686         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3687         if (!p)
3688                 return NULL;
3689         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3690 }
3691
3692 /**
3693  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3694  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3695  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3696  *
3697  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3698  */
3699 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3700 {
3701         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3702         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3703
3704         while (addr < end) {
3705                 free_page(addr);
3706                 addr += PAGE_SIZE;
3707         }
3708 }
3709 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3710
3711 /**
3712  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3713  * @offset: The zone index of the highest zone
3714  *
3715  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3716  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3717  * zone, the number of pages is calculated as:
3718  *     managed_pages - high_pages
3719  */
3720 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3721 {
3722         struct zoneref *z;
3723         struct zone *zone;
3724
3725         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3726         unsigned long sum = 0;
3727
3728         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3729
3730         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3731                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3732                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3733                 if (size > high)
3734                         sum += size - high;
3735         }
3736
3737         return sum;
3738 }
3739
3740 /**
3741  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3742  *
3743  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3744  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3745  */
3746 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3747 {
3748         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3749 }
3750 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3751
3752 /**
3753  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3754  *
3755  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3756  * high watermark within all zones.
3757  */
3758 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3759 {
3760         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3761 }
3762
3763 static inline void show_node(struct zone *zone)
3764 {
3765         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3766                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3767 }
3768
3769 long si_mem_available(void)
3770 {
3771         long available;
3772         unsigned long pagecache;
3773         unsigned long wmark_low = 0;
3774         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
3775         struct zone *zone;
3776         int lru;
3777
3778         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
3779                 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
3780
3781         for_each_zone(zone)
3782                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
3783
3784         /*
3785          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
3786          * without causing swapping.
3787          */
3788         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
3789
3790         /*
3791          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
3792          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
3793          * low watermark worth of cache, needs to stay.
3794          */
3795         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
3796         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
3797         available += pagecache;
3798
3799         /*
3800          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
3801          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
3802          */
3803         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
3804                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
3805
3806         if (available < 0)
3807                 available = 0;
3808         return available;
3809 }
3810 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
3811
3812 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3813 {
3814         val->totalram = totalram_pages;
3815         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3816         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3817         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3818         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3819         val->freehigh = nr_free_highpages();
3820         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3821 }
3822
3823 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3824
3825 #ifdef CONFIG_NUMA
3826 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3827 {
3828         int zone_type;          /* needs to be signed */
3829         unsigned long managed_pages = 0;
3830         unsigned long managed_highpages = 0;
3831         unsigned long free_highpages = 0;
3832         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3833
3834         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3835                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3836         val->totalram = managed_pages;
3837         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3838         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3839 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3840         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
3841                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
3842
3843                 if (is_highmem(zone)) {
3844                         managed_highpages += zone->managed_pages;
3845                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3846                 }
3847         }
3848         val->totalhigh = managed_highpages;
3849         val->freehigh = free_highpages;
3850 #else
3851         val->totalhigh = managed_highpages;
3852         val->freehigh = free_highpages;
3853 #endif
3854         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3855 }
3856 #endif
3857
3858 /*
3859  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3860  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3861  */
3862 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3863 {
3864         bool ret = false;
3865         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3866
3867         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3868                 goto out;
3869
3870         do {
3871                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3872                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3873         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3874 out:
3875         return ret;
3876 }
3877
3878 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3879
3880 static void show_migration_types(unsigned char type)
3881 {
3882         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3883                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3884                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3885                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3886                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
3887 #ifdef CONFIG_CMA
3888                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3889 #endif
3890 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3891                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3892 #endif
3893         };
3894         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3895         char *p = tmp;
3896         int i;
3897
3898         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3899                 if (type & (1 << i))
3900                         *p++ = types[i];
3901         }
3902
3903         *p = '\0';
3904         printk("(%s) ", tmp);
3905 }
3906
3907 /*
3908  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3909  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3910  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3911  *
3912  * Bits in @filter:
3913  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3914  *   cpuset.
3915  */
3916 void show_free_areas(unsigned int filter)
3917 {
3918         unsigned long free_pcp = 0;
3919         int cpu;
3920         struct zone *zone;
3921
3922         for_each_populated_zone(zone) {
3923                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3924                         continue;
3925
3926                 for_each_online_cpu(cpu)
3927                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3928         }
3929
3930         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3931                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3932                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3933                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3934                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3935                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3936                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3937                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3938                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3939                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3940                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3941                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3942                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3943                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3944                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3945                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3946                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3947                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3948                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3949                 global_page_state(NR_SHMEM),
3950                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3951                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3952                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3953                 free_pcp,
3954                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3955
3956         for_each_populated_zone(zone) {
3957                 int i;
3958
3959                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3960                         continue;
3961
3962                 free_pcp = 0;
3963                 for_each_online_cpu(cpu)
3964                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3965
3966                 show_node(zone);
3967                 printk("%s"
3968                         " free:%lukB"
3969                         " min:%lukB"
3970                         " low:%lukB"
3971                         " high:%lukB"
3972                         " active_anon:%lukB"
3973                         " inactive_anon:%lukB"
3974                         " active_file:%lukB"
3975                         " inactive_file:%lukB"
3976                         " unevictable:%lukB"
3977                         " isolated(anon):%lukB"
3978                         " isolated(file):%lukB"
3979                         " present:%lukB"
3980                         " managed:%lukB"
3981                         " mlocked:%lukB"
3982                         " dirty:%lukB"
3983                         " writeback:%lukB"
3984                         " mapped:%lukB"
3985                         " shmem:%lukB"
3986                         " slab_reclaimable:%lukB"
3987                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3988                         " kernel_stack:%lukB"
3989                         " pagetables:%lukB"
3990                         " unstable:%lukB"
3991                         " bounce:%lukB"
3992                         " free_pcp:%lukB"
3993                         " local_pcp:%ukB"
3994                         " free_cma:%lukB"
3995                         " writeback_tmp:%lukB"
3996                         " pages_scanned:%lu"
3997                         " all_unreclaimable? %s"
3998                         "\n",
3999                         zone->name,
4000                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4001                         K(min_wmark_pages(zone)),
4002                         K(low_wmark_pages(zone)),
4003                         K(high_wmark_pages(zone)),
4004                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
4005                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
4006                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
4007                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
4008                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
4009                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
4010                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
4011                         K(zone->present_pages),
4012                         K(zone->managed_pages),
4013                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4014                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
4015                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
4016                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
4017                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
4018                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4019                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4020                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
4021                                 THREAD_SIZE / 1024,
4022                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4023                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
4024                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4025                         K(free_pcp),
4026                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4027                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
4028                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4029                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
4030                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
4031                         );
4032                 printk("lowmem_reserve[]:");
4033                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4034                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4035                 printk("\n");
4036         }
4037
4038         for_each_populated_zone(zone) {
4039                 unsigned int order;
4040                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4041                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4042
4043                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4044                         continue;
4045                 show_node(zone);
4046                 printk("%s: ", zone->name);
4047
4048                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4049                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4050                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4051                         int type;
4052
4053                         nr[order] = area->nr_free;
4054                         total += nr[order] << order;
4055
4056                         types[order] = 0;
4057                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4058                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4059                                         types[order] |= 1 << type;
4060                         }
4061                 }
4062                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4063                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4064                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4065                         if (nr[order])
4066                                 show_migration_types(types[order]);
4067                 }
4068                 printk("= %lukB\n", K(total));
4069         }
4070
4071         hugetlb_show_meminfo();
4072
4073         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
4074
4075         show_swap_cache_info();
4076 }
4077
4078 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4079 {
4080         zoneref->zone = zone;
4081         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4082 }
4083
4084 /*
4085  * Builds allocation fallback zone lists.
4086  *
4087  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4088  */
4089 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4090                                 int nr_zones)
4091 {
4092         struct zone *zone;
4093         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4094
4095         do {
4096                 zone_type--;
4097                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4098                 if (populated_zone(zone)) {
4099                         zoneref_set_zone(zone,
4100                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4101                         check_highest_zone(zone_type);
4102                 }
4103         } while (zone_type);
4104
4105         return nr_zones;
4106 }
4107
4108
4109 /*
4110  *  zonelist_order:
4111  *  0 = automatic detection of better ordering.
4112  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4113  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4114  *
4115  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4116  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4117  */
4118 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4119 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4120 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4121
4122 /* zonelist order in the kernel.
4123  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4124  */
4125 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4126 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4127
4128
4129 #ifdef CONFIG_NUMA
4130 /* The value user specified ....changed by config */
4131 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4132 /* string for sysctl */
4133 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4134 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4135
4136 /*
4137  * interface for configure zonelist ordering.
4138  * command line option "numa_zonelist_order"
4139  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4140  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4141  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4142  */
4143
4144 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4145 {
4146         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4147                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4148         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4149                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4150         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4151                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4152         } else {
4153                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4154                 return -EINVAL;
4155         }
4156         return 0;
4157 }
4158
4159 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4160 {
4161         int ret;
4162
4163         if (!s)
4164                 return 0;
4165
4166         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4167         if (ret == 0)
4168                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4169
4170         return ret;
4171 }
4172 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4173
4174 /*
4175  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4176  */
4177 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4178                 void __user *buffer, size_t *length,
4179                 loff_t *ppos)
4180 {
4181         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4182         int ret;
4183         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4184
4185         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4186         if (write) {
4187                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4188                         ret = -EINVAL;
4189                         goto out;
4190                 }
4191                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4192         }
4193         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4194         if (ret)
4195                 goto out;
4196         if (write) {
4197                 int oldval = user_zonelist_order;
4198
4199                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4200                 if (ret) {
4201                         /*
4202                          * bogus value.  restore saved string
4203                          */
4204                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4205                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4206                         user_zonelist_order = oldval;
4207                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4208                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4209                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4210                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4211                 }
4212         }
4213 out:
4214         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4215         return ret;
4216 }
4217
4218
4219 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4220 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4221
4222 /**
4223  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4224  * @node: node whose fallback list we're appending
4225  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4226  *
4227  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4228  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4229  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4230  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4231  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4232  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4233  * on them otherwise.
4234  * It returns -1 if no node is found.
4235  */
4236 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4237 {
4238         int n, val;
4239         int min_val = INT_MAX;
4240         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4241         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4242
4243         /* Use the local node if we haven't already */
4244         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4245                 node_set(node, *used_node_mask);
4246                 return node;
4247         }
4248
4249         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4250
4251                 /* Don't want a node to appear more than once */
4252                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4253                         continue;
4254
4255                 /* Use the distance array to find the distance */
4256                 val = node_distance(node, n);
4257
4258                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4259                 val += (n < node);
4260
4261                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4262                 tmp = cpumask_of_node(n);
4263                 if (!cpumask_empty(tmp))
4264                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4265
4266                 /* Slight preference for less loaded node */
4267                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4268                 val += node_load[n];
4269
4270                 if (val < min_val) {
4271                         min_val = val;
4272                         best_node = n;
4273                 }
4274         }
4275
4276         if (best_node >= 0)
4277                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4278
4279         return best_node;
4280 }
4281
4282
4283 /*
4284  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4285  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4286  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4287  */
4288 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4289 {
4290         int j;
4291         struct zonelist *zonelist;
4292
4293         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4294         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4295                 ;
4296         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4297         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4298         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4299 }
4300
4301 /*
4302  * Build gfp_thisnode zonelists
4303  */
4304 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4305 {
4306         int j;
4307         struct zonelist *zonelist;
4308
4309         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4310         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4311         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4312         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4313 }
4314
4315 /*
4316  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4317  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4318  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4319  * may still exist in local DMA zone.
4320  */
4321 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4322
4323 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4324 {
4325         int pos, j, node;
4326         int zone_type;          /* needs to be signed */
4327         struct zone *z;
4328         struct zonelist *zonelist;
4329
4330         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4331         pos = 0;
4332         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4333                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4334                         node = node_order[j];
4335                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4336                         if (populated_zone(z)) {
4337                                 zoneref_set_zone(z,
4338                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4339                                 check_highest_zone(zone_type);
4340                         }
4341                 }
4342         }
4343         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4344         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4345 }
4346
4347 #if defined(CONFIG_64BIT)
4348 /*
4349  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4350  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4351  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4352  */
4353 static int default_zonelist_order(void)
4354 {
4355         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4356 }
4357 #else
4358 /*
4359  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4360  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4361  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4362  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4363  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4364  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4365  */
4366 static int default_zonelist_order(void)
4367 {
4368         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4369 }
4370 #endif /* CONFIG_64BIT */
4371
4372 static void set_zonelist_order(void)
4373 {
4374         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4375                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4376         else
4377                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4378 }
4379
4380 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4381 {
4382         int i, node, load;
4383         nodemask_t used_mask;
4384         int local_node, prev_node;
4385         struct zonelist *zonelist;
4386         unsigned int order = current_zonelist_order;
4387
4388         /* initialize zonelists */
4389         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4390                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4391                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4392                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4393         }
4394
4395         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4396         local_node = pgdat->node_id;
4397         load = nr_online_nodes;
4398         prev_node = local_node;
4399         nodes_clear(used_mask);
4400
4401         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4402         i = 0;
4403
4404         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4405                 /*
4406                  * We don't want to pressure a particular node.
4407                  * So adding penalty to the first node in same
4408                  * distance group to make it round-robin.
4409                  */
4410                 if (node_distance(local_node, node) !=
4411                     node_distance(local_node, prev_node))
4412                         node_load[node] = load;
4413
4414                 prev_node = node;
4415                 load--;
4416                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4417                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4418                 else
4419                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4420         }
4421
4422         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4423                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4424                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4425         }
4426
4427         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4428 }
4429
4430 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4431 /*
4432  * Return node id of node used for "local" allocations.
4433  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4434  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4435  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4436  */
4437 int local_memory_node(int node)
4438 {
4439         struct zone *zone;
4440
4441         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4442                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4443                                    NULL,
4444                                    &zone);
4445         return zone->node;
4446 }
4447 #endif
4448
4449 #else   /* CONFIG_NUMA */
4450
4451 static void set_zonelist_order(void)
4452 {
4453         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4454 }
4455
4456 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4457 {
4458         int node, local_node;
4459         enum zone_type j;
4460         struct zonelist *zonelist;
4461
4462         local_node = pgdat->node_id;
4463
4464         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4465         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4466
4467         /*
4468          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4469          * of all the other nodes.
4470          * We don't want to pressure a particular node, so when
4471          * building the zones for node N, we make sure that the
4472          * zones coming right after the local ones are those from
4473          * node N+1 (modulo N)
4474          */
4475         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4476                 if (!node_online(node))
4477                         continue;
4478                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4479         }
4480         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4481                 if (!node_online(node))
4482                         continue;
4483                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4484         }
4485
4486         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4487         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4488 }
4489
4490 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4491
4492 /*
4493  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4494  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4495  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4496  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4497  * with interrupts disabled.
4498  *
4499  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4500  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4501  * hotplugged processors.
4502  *
4503  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4504  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4505  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4506  */
4507 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4508 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4509 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4510
4511 /*
4512  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4513  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4514  */
4515 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4516
4517 /* return values int ....just for stop_machine() */
4518 static int __build_all_zonelists(void *data)
4519 {
4520         int nid;
4521         int cpu;
4522         pg_data_t *self = data;
4523
4524 #ifdef CONFIG_NUMA
4525         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4526 #endif
4527
4528         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4529                 build_zonelists(self);
4530         }
4531
4532         for_each_online_node(nid) {
4533                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4534
4535                 build_zonelists(pgdat);
4536         }
4537
4538         /*
4539          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4540          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4541          * each zone will be allocated later when the per cpu
4542          * allocator is available.
4543          *
4544          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4545          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4546          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4547          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4548          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4549          * (a chicken-egg dilemma).
4550          */
4551         for_each_possible_cpu(cpu) {
4552                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4553
4554 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4555                 /*
4556                  * We now know the "local memory node" for each node--
4557                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4558                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4559                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4560                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4561                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4562                  */
4563                 if (cpu_online(cpu))
4564                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4565 #endif
4566         }
4567
4568         return 0;
4569 }
4570
4571 static noinline void __init
4572 build_all_zonelists_init(void)
4573 {
4574         __build_all_zonelists(NULL);
4575         mminit_verify_zonelist();
4576         cpuset_init_current_mems_allowed();
4577 }
4578
4579 /*
4580  * Called with zonelists_mutex held always
4581  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4582  *
4583  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4584  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4585  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4586  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4587  */
4588 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4589 {
4590         set_zonelist_order();
4591
4592         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4593                 build_all_zonelists_init();
4594         } else {
4595 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4596                 if (zone)
4597                         setup_zone_pageset(zone);
4598 #endif
4599                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4600                    of zonelist */
4601                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4602                 /* cpuset refresh routine should be here */
4603         }
4604         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4605         /*
4606          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4607          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4608          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4609          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4610          * disabled and enable it later
4611          */
4612         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4613                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4614         else
4615                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4616
4617         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
4618                 nr_online_nodes,
4619                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4620                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4621                 vm_total_pages);
4622 #ifdef CONFIG_NUMA
4623         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4624 #endif
4625 }
4626
4627 /*
4628  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4629  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4630  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4631  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4632  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4633  * conservative, even though it seems large.
4634  *
4635  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4636  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4637  */
4638 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4639
4640 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4641 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4642 {
4643         unsigned long size = 1;
4644
4645         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4646
4647         while (size < pages)
4648                 size <<= 1;
4649
4650         /*
4651          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4652          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4653          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4654          */
4655         size = min(size, 4096UL);
4656
4657         return max(size, 4UL);
4658 }
4659 #else
4660 /*
4661  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4662  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4663  *
4664  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4665  *
4666  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4667  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4668  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4669  *
4670  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4671  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4672  *
4673  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4674  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4675  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4676  */
4677 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4678 {
4679         return 4096UL;
4680 }
4681 #endif
4682
4683 /*
4684  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4685  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4686  * hash function before the remainder is taken.
4687  */
4688 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4689 {
4690         return ffz(~size);
4691 }
4692
4693 /*
4694  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4695  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4696  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4697  */
4698 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4699                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4700 {
4701         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
4702         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4703         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4704         unsigned long pfn;
4705         unsigned long nr_initialised = 0;
4706 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4707         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
4708 #endif
4709
4710         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4711                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4712
4713         /*
4714          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
4715          * memory
4716          */
4717         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
4718                 start_pfn += altmap->reserve;
4719
4720         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4721                 /*
4722                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
4723                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
4724                  */
4725                 if (context != MEMMAP_EARLY)
4726                         goto not_early;
4727
4728                 if (!early_pfn_valid(pfn))
4729                         continue;
4730                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4731                         continue;
4732                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
4733                         break;
4734
4735 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4736                 /*
4737                  * If not mirrored_kernelcore and ZONE_MOVABLE exists, range
4738                  * from zone_movable_pfn[nid] to end of each node should be
4739                  * ZONE_MOVABLE not ZONE_NORMAL. skip it.
4740                  */
4741                 if (!mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid])
4742                         if (zone == ZONE_NORMAL && pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4743                                 continue;
4744
4745                 /*
4746                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
4747                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
4748                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
4749                  */
4750                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
4751                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
4752                                 for_each_memblock(memory, tmp)
4753                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
4754                                                 break;
4755                                 r = tmp;
4756                         }
4757                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
4758                             memblock_is_mirror(r)) {
4759                                 /* already initialized as NORMAL */
4760                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
4761                                 continue;
4762                         }
4763                 }
4764 #endif
4765
4766 not_early:
4767                 /*
4768                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4769                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4770                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4771                  * the address space during boot when many long-lived
4772                  * kernel allocations are made.
4773                  *
4774                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4775                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4776                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4777                  * pfn out of zone.
4778                  */
4779                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4780                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4781
4782                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4783                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4784                 } else {
4785                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4786                 }
4787         }
4788 }
4789
4790 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4791 {
4792         unsigned int order, t;
4793         for_each_migratetype_order(order, t) {
4794                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4795                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4796         }
4797 }
4798
4799 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4800 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4801         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4802 #endif
4803
4804 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4805 {
4806 #ifdef CONFIG_MMU
4807         int batch;
4808
4809         /*
4810          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4811          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4812          *
4813          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4814          */
4815         batch = zone->managed_pages / 1024;
4816         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4817                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4818         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4819         if (batch < 1)
4820                 batch = 1;
4821
4822         /*
4823          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4824          * of 2 value was found to be more likely to have
4825          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4826          *
4827          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4828          * batches of pages, one task can end up with a lot
4829          * of pages of one half of the possible page colors
4830          * and the other with pages of the other colors.
4831          */
4832         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4833
4834         return batch;
4835
4836 #else
4837         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4838          * conditions.
4839          *
4840          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4841          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4842          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4843          *
4844          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4845          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4846          * can be a significant delay between the individual batches being
4847          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4848          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4849          */
4850         return 0;
4851 #endif
4852 }
4853
4854 /*
4855  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4856  * ->batch must never be higher then ->high.
4857  * The following function updates them in a safe manner without read side
4858  * locking.
4859  *
4860  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4861  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4862  *
4863  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4864  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4865  * exist).
4866  */
4867 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4868                 unsigned long batch)
4869 {
4870        /* start with a fail safe value for batch */
4871         pcp->batch = 1;
4872         smp_wmb();
4873
4874        /* Update high, then batch, in order */
4875         pcp->high = high;
4876         smp_wmb();
4877
4878         pcp->batch = batch;
4879 }
4880
4881 /* a companion to pageset_set_high() */
4882 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4883 {
4884         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4885 }
4886
4887 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4888 {
4889         struct per_cpu_pages *pcp;
4890         int migratetype;
4891
4892         memset(p, 0, sizeof(*p));
4893
4894         pcp = &p->pcp;
4895         pcp->count = 0;
4896         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4897                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4898 }
4899
4900 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4901 {
4902         pageset_init(p);
4903         pageset_set_batch(p, batch);
4904 }
4905
4906 /*
4907  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4908  * to the value high for the pageset p.
4909  */
4910 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4911                                 unsigned long high)
4912 {
4913         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4914         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4915                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4916
4917         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4918 }
4919
4920 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4921                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4922 {
4923         if (percpu_pagelist_fraction)
4924                 pageset_set_high(pcp,
4925                         (zone->managed_pages /
4926                                 percpu_pagelist_fraction));
4927         else
4928                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4929 }
4930
4931 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4932 {
4933         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4934
4935         pageset_init(pcp);
4936         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4937 }
4938
4939 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4940 {
4941         int cpu;
4942         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4943         for_each_possible_cpu(cpu)
4944                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4945 }
4946
4947 /*
4948  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4949  * Before this call only boot pagesets were available.
4950  */
4951 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4952 {
4953         struct zone *zone;
4954
4955         for_each_populated_zone(zone)
4956                 setup_zone_pageset(zone);
4957 }
4958
4959 static noinline __init_refok
4960 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4961 {
4962         int i;
4963         size_t alloc_size;
4964
4965         /*
4966          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4967          * per zone.
4968          */
4969         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4970                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4971         zone->wait_table_bits =
4972                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4973         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4974                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4975
4976         if (!slab_is_available()) {
4977                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4978                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4979                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4980         } else {
4981                 /*
4982                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4983                  * via memory hot-add.
4984                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4985                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4986                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4987                  * node itself as well.
4988                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4989                  * necessary.
4990                  */
4991                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4992         }
4993         if (!zone->wait_table)
4994                 return -ENOMEM;
4995
4996         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4997                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4998
4999         return 0;
5000 }
5001
5002 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5003 {
5004         /*
5005          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5006          * relies on the ability of the linker to provide the
5007          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5008          */
5009         zone->pageset = &boot_pageset;
5010
5011         if (populated_zone(zone))
5012                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5013                         zone->name, zone->present_pages,
5014                                          zone_batchsize(zone));
5015 }
5016
5017 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5018                                         unsigned long zone_start_pfn,
5019                                         unsigned long size)
5020 {
5021         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5022         int ret;
5023         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5024         if (ret)
5025                 return ret;
5026         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5027
5028         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5029
5030         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5031                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5032                         pgdat->node_id,
5033                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5034                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5035
5036         zone_init_free_lists(zone);
5037
5038         return 0;
5039 }
5040
5041 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5042 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5043
5044 /*
5045  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5046  */
5047 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5048                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5049 {
5050         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5051         int nid;
5052
5053         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5054                 return state->last_nid;
5055
5056         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5057         if (nid != -1) {
5058                 state->last_start = start_pfn;
5059                 state->last_end = end_pfn;
5060                 state->last_nid = nid;
5061         }
5062
5063         return nid;
5064 }
5065 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5066
5067 /**
5068  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5069  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5070  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5071  *
5072  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5073  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5074  * memblock_free_early_nid() manually.
5075  */
5076 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5077 {
5078         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5079         int i, this_nid;
5080
5081         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5082                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5083                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5084
5085                 if (start_pfn < end_pfn)
5086                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5087                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5088                                         this_nid);
5089         }
5090 }
5091
5092 /**
5093  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5094  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5095  *
5096  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5097  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5098  */
5099 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5100 {
5101         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5102         int i, this_nid;
5103
5104         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5105                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5106 }
5107
5108 /**
5109  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5110  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5111  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5112  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5113  *
5114  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5115  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5116  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5117  * PFNs will be 0.
5118  */
5119 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5120                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5121 {
5122         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5123         int i;
5124
5125         *start_pfn = -1UL;
5126         *end_pfn = 0;
5127
5128         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5129                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5130                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5131         }
5132
5133         if (*start_pfn == -1UL)
5134                 *start_pfn = 0;
5135 }
5136
5137 /*
5138  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5139  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5140  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5141  */
5142 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5143 {
5144         int zone_index;
5145         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5146                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5147                         continue;
5148
5149                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5150                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5151                         break;
5152         }
5153
5154         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5155         movable_zone = zone_index;
5156 }
5157
5158 /*
5159  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5160  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5161  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5162  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5163  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5164  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5165  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5166  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5167  */
5168 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5169                                         unsigned long zone_type,
5170                                         unsigned long node_start_pfn,
5171                                         unsigned long node_end_pfn,
5172                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5173                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5174 {
5175         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5176         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5177                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5178                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5179                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5180                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5181                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5182
5183                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5184                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5185                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5186         }
5187 }
5188
5189 /*
5190  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5191  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5192  */
5193 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5194                                         unsigned long zone_type,
5195                                         unsigned long node_start_pfn,
5196                                         unsigned long node_end_pfn,
5197                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5198                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5199                                         unsigned long *ignored)
5200 {
5201         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5202         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5203                 return 0;
5204
5205         /* Get the start and end of the zone */
5206         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5207         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5208         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5209                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5210                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5211
5212         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5213         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5214                 return 0;
5215
5216         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5217         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5218         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5219
5220         /* Return the spanned pages */
5221         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5222 }
5223
5224 /*
5225  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5226  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5227  */
5228 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5229                                 unsigned long range_start_pfn,
5230                                 unsigned long range_end_pfn)
5231 {
5232         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5233         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5234         int i;
5235
5236         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5237                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5238                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5239                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5240         }
5241         return nr_absent;
5242 }
5243
5244 /**
5245  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5246  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5247  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5248  *
5249  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5250  */
5251 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5252                                                         unsigned long end_pfn)
5253 {
5254         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5255 }
5256
5257 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5258 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5259                                         unsigned long zone_type,
5260                                         unsigned long node_start_pfn,
5261                                         unsigned long node_end_pfn,
5262                                         unsigned long *ignored)
5263 {
5264         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5265         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5266         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5267         unsigned long nr_absent;
5268
5269         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5270         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5271                 return 0;
5272
5273         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5274         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5275
5276         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5277                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5278                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5279         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5280
5281         /*
5282          * ZONE_MOVABLE handling.
5283          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5284          * and vice versa.
5285          */
5286         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5287                 if (mirrored_kernelcore) {
5288                         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5289                         struct memblock_region *r;
5290
5291                         for_each_memblock(memory, r) {
5292                                 start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5293                                                   zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5294                                 end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5295                                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5296
5297                                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5298                                     memblock_is_mirror(r))
5299                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5300
5301                                 if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5302                                     !memblock_is_mirror(r))
5303                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5304                         }
5305                 } else {
5306                         if (zone_type == ZONE_NORMAL)
5307                                 nr_absent += node_end_pfn - zone_movable_pfn[nid];
5308                 }
5309         }
5310
5311         return nr_absent;
5312 }
5313
5314 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5315 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5316                                         unsigned long zone_type,
5317                                         unsigned long node_start_pfn,
5318                                         unsigned long node_end_pfn,
5319                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5320                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5321                                         unsigned long *zones_size)
5322 {
5323         unsigned int zone;
5324
5325         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5326         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5327                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5328
5329         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5330
5331         return zones_size[zone_type];
5332 }
5333
5334 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5335                                                 unsigned long zone_type,
5336                                                 unsigned long node_start_pfn,
5337                                                 unsigned long node_end_pfn,
5338                                                 unsigned long *zholes_size)
5339 {
5340         if (!zholes_size)
5341                 return 0;
5342
5343         return zholes_size[zone_type];
5344 }
5345
5346 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5347
5348 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5349                                                 unsigned long node_start_pfn,
5350                                                 unsigned long node_end_pfn,
5351                                                 unsigned long *zones_size,
5352                                                 unsigned long *zholes_size)
5353 {
5354         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5355         enum zone_type i;
5356
5357         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5358                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5359                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5360                 unsigned long size, real_size;
5361
5362                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5363                                                   node_start_pfn,
5364                                                   node_end_pfn,
5365                                                   &zone_start_pfn,
5366                                                   &zone_end_pfn,
5367                                                   zones_size);
5368                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5369                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5370                                                   zholes_size);
5371                 if (size)
5372                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5373                 else
5374                         zone->zone_start_pfn = 0;
5375                 zone->spanned_pages = size;
5376                 zone->present_pages = real_size;
5377
5378                 totalpages += size;
5379                 realtotalpages += real_size;
5380         }
5381
5382         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5383         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5384         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5385                                                         realtotalpages);
5386 }
5387
5388 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5389 /*
5390  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5391  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5392  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5393  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5394  * bytes.
5395  */
5396 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5397 {
5398         unsigned long usemapsize;
5399
5400         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5401         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5402         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5403         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5404         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5405
5406         return usemapsize / 8;
5407 }
5408
5409 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5410                                 struct zone *zone,
5411                                 unsigned long zone_start_pfn,
5412                                 unsigned long zonesize)
5413 {
5414         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5415         zone->pageblock_flags = NULL;
5416         if (usemapsize)
5417                 zone->pageblock_flags =
5418                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5419                                                          pgdat->node_id);
5420 }
5421 #else
5422 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5423                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5424 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5425
5426 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5427
5428 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5429 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5430 {
5431         unsigned int order;
5432
5433         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5434         if (pageblock_order)
5435                 return;
5436
5437         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5438                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5439         else
5440                 order = MAX_ORDER - 1;
5441
5442         /*
5443          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5444          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5445          * powerpc.
5446          */
5447         pageblock_order = order;
5448 }
5449 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5450
5451 /*
5452  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5453  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5454  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5455  * the kernel config
5456  */
5457 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5458 {
5459 }
5460
5461 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5462
5463 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5464                                                    unsigned long present_pages)
5465 {
5466         unsigned long pages = spanned_pages;
5467
5468         /*
5469          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5470          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5471          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5472          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5473          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5474          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5475          */
5476         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5477             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5478                 pages = present_pages;
5479
5480         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5481 }
5482
5483 /*
5484  * Set up the zone data structures:
5485  *   - mark all pages reserved
5486  *   - mark all memory queues empty
5487  *   - clear the memory bitmaps
5488  *
5489  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5490  */
5491 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5492 {
5493         enum zone_type j;
5494         int nid = pgdat->node_id;
5495         int ret;
5496
5497         pgdat_resize_init(pgdat);
5498 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5499         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5500         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5501         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5502 #endif
5503 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5504         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5505         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5506         pgdat->split_queue_len = 0;
5507 #endif
5508         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5509         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5510 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5511         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5512 #endif
5513         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5514
5515         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5516                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5517                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5518                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5519
5520                 size = zone->spanned_pages;
5521                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5522
5523                 /*
5524                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5525                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5526                  * and per-cpu initialisations
5527                  */
5528                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5529                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5530                         if (freesize >= memmap_pages) {
5531                                 freesize -= memmap_pages;
5532                                 if (memmap_pages)
5533                                         printk(KERN_DEBUG
5534                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5535                                                zone_names[j], memmap_pages);
5536                         } else
5537                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5538                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5539                 }
5540
5541                 /* Account for reserved pages */
5542                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5543                         freesize -= dma_reserve;
5544                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5545                                         zone_names[0], dma_reserve);
5546                 }
5547
5548                 if (!is_highmem_idx(j))
5549                         nr_kernel_pages += freesize;
5550                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5551                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5552                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5553                 nr_all_pages += freesize;
5554
5555                 /*
5556                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5557                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5558                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5559                  */
5560                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5561 #ifdef CONFIG_NUMA
5562                 zone->node = nid;
5563                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5564                                                 / 100;
5565                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5566 #endif
5567                 zone->name = zone_names[j];
5568                 spin_lock_init(&zone->lock);
5569                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5570                 zone_seqlock_init(zone);
5571                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5572                 zone_pcp_init(zone);
5573
5574                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5575                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5576
5577                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5578                 if (!size)
5579                         continue;
5580
5581                 set_pageblock_order();
5582                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5583                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5584                 BUG_ON(ret);
5585                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5586         }
5587 }
5588
5589 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5590 {
5591         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5592         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5593
5594         /* Skip empty nodes */
5595         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5596                 return;
5597
5598 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5599         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5600         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5601         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5602         if (!pgdat->node_mem_map) {
5603                 unsigned long size, end;
5604                 struct page *map;
5605
5606                 /*
5607                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5608                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5609                  * for the buddy allocator to function correctly.
5610                  */
5611                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5612                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5613                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5614                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5615                 if (!map)
5616                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5617                                                                pgdat->node_id);
5618                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5619         }
5620 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5621         /*
5622          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5623          */
5624         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5625                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5626 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5627                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5628                         mem_map -= offset;
5629 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5630         }
5631 #endif
5632 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5633 }
5634
5635 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5636                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5637 {
5638         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5639         unsigned long start_pfn = 0;
5640         unsigned long end_pfn = 0;
5641
5642         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5643         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5644
5645         reset_deferred_meminit(pgdat);
5646         pgdat->node_id = nid;
5647         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5648 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5649         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5650         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5651                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5652                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5653 #else
5654         start_pfn = node_start_pfn;
5655 #endif
5656         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5657                                   zones_size, zholes_size);
5658
5659         alloc_node_mem_map(pgdat);
5660 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5661         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5662                 nid, (unsigned long)pgdat,
5663                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5664 #endif
5665
5666         free_area_init_core(pgdat);
5667 }
5668
5669 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5670
5671 #if MAX_NUMNODES > 1
5672 /*
5673  * Figure out the number of possible node ids.
5674  */
5675 void __init setup_nr_node_ids(void)
5676 {
5677         unsigned int highest;
5678
5679         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5680         nr_node_ids = highest + 1;
5681 }
5682 #endif
5683
5684 /**
5685  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5686  *
5687  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5688  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5689  * all the nodes.
5690  *
5691  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5692  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5693  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5694  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5695  *
5696  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5697  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5698  * populated node map.
5699  *
5700  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5701  * requirement (single node).
5702  */
5703 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5704 {
5705         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5706         unsigned long start, end, mask;
5707         int last_nid = -1;
5708         int i, nid;
5709
5710         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5711                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5712                         last_nid = nid;
5713                         last_end = end;
5714                         continue;
5715                 }
5716
5717                 /*
5718                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5719                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5720                  * too coarse to separate the current node from the last.
5721                  */
5722                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5723                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5724                         mask <<= 1;
5725
5726                 /* accumulate all internode masks */
5727                 accl_mask |= mask;
5728         }
5729
5730         /* convert mask to number of pages */
5731         return ~accl_mask + 1;
5732 }
5733
5734 /* Find the lowest pfn for a node */
5735 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5736 {
5737         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5738         unsigned long start_pfn;
5739         int i;
5740
5741         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5742                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5743
5744         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5745                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5746                 return 0;
5747         }
5748
5749         return min_pfn;
5750 }
5751
5752 /**
5753  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5754  *
5755  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5756  * memblock_set_node().
5757  */
5758 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5759 {
5760         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5761 }
5762
5763 /*
5764  * early_calculate_totalpages()
5765  * Sum pages in active regions for movable zone.
5766  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5767  */
5768 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5769 {
5770         unsigned long totalpages = 0;
5771         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5772         int i, nid;
5773
5774         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5775                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5776
5777                 totalpages += pages;
5778                 if (pages)
5779                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5780         }
5781         return totalpages;
5782 }
5783
5784 /*
5785  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5786  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5787  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5788  * others
5789  */
5790 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5791 {
5792         int i, nid;
5793         unsigned long usable_startpfn;
5794         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5795         /* save the state before borrow the nodemask */
5796         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5797         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5798         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5799         struct memblock_region *r;
5800
5801         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5802         find_usable_zone_for_movable();
5803
5804         /*
5805          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5806          * options.
5807          */
5808         if (movable_node_is_enabled()) {
5809                 for_each_memblock(memory, r) {
5810                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5811                                 continue;
5812
5813                         nid = r->nid;
5814
5815                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5816                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5817                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5818                                 usable_startpfn;
5819                 }
5820
5821                 goto out2;
5822         }
5823
5824         /*
5825          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
5826          */
5827         if (mirrored_kernelcore) {
5828                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
5829
5830                 for_each_memblock(memory, r) {
5831                         if (memblock_is_mirror(r))
5832                                 continue;
5833
5834                         nid = r->nid;
5835
5836                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
5837
5838                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
5839                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
5840                                 continue;
5841                         }
5842
5843                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5844                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5845                                 usable_startpfn;
5846                 }
5847
5848                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
5849                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
5850
5851                 goto out2;
5852         }
5853
5854         /*
5855          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5856          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5857          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5858          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5859          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5860          * what movablecore would have allowed.
5861          */
5862         if (required_movablecore) {
5863                 unsigned long corepages;
5864
5865                 /*
5866                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5867                  * was requested by the user
5868                  */
5869                 required_movablecore =
5870                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5871                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
5872                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5873
5874                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5875         }
5876
5877         /*
5878          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
5879          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
5880          */
5881         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
5882                 goto out;
5883
5884         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5885         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5886
5887 restart:
5888         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5889         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5890         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5891                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5892
5893                 /*
5894                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5895                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5896                  * amount of memory for the kernel
5897                  */
5898                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5899                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5900
5901                 /*
5902                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5903                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5904                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5905                  */
5906                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5907
5908                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5909                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5910                         unsigned long size_pages;
5911
5912                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5913                         if (start_pfn >= end_pfn)
5914                                 continue;
5915
5916                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5917                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5918                                 unsigned long kernel_pages;
5919                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5920                                                                 - start_pfn;
5921
5922                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5923                                                         kernelcore_remaining);
5924                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5925                                                         required_kernelcore);
5926
5927                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5928                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5929
5930                                         /*
5931                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5932                                          * that if we have to rebalance
5933                                          * kernelcore across nodes, we will
5934                                          * not double account here
5935                                          */
5936                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5937                                         continue;
5938                                 }
5939                                 start_pfn = usable_startpfn;
5940                         }
5941
5942                         /*
5943                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5944                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5945                          * number of pages used as kernelcore
5946                          */
5947                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5948                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5949                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5950                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5951
5952                         /*
5953                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5954                          * break if the kernelcore for this node has been
5955                          * satisfied
5956                          */
5957                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5958                                                                 size_pages);
5959                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5960                         if (!kernelcore_remaining)
5961                                 break;
5962                 }
5963         }
5964
5965         /*
5966          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5967          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5968          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5969          * satisfied
5970          */
5971         usable_nodes--;
5972         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5973                 goto restart;
5974
5975 out2:
5976         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5977         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5978                 zone_movable_pfn[nid] =
5979                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5980
5981 out:
5982         /* restore the node_state */
5983         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5984 }
5985
5986 /* Any regular or high memory on that node ? */
5987 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5988 {
5989         enum zone_type zone_type;
5990
5991         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5992                 return;
5993
5994         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5995                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5996                 if (populated_zone(zone)) {
5997                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5998                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5999                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6000                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6001                         break;
6002                 }
6003         }
6004 }
6005
6006 /**
6007  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6008  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6009  *
6010  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6011  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6012  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6013  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6014  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6015  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6016  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6017  * at arch_max_dma_pfn.
6018  */
6019 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6020 {
6021         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6022         int i, nid;
6023
6024         /* Record where the zone boundaries are */
6025         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6026                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6027         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6028                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6029         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
6030         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
6031         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6032                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6033                         continue;
6034                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
6035                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
6036                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
6037                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
6038         }
6039         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6040         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6041
6042         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6043         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6044         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6045
6046         /* Print out the zone ranges */
6047         pr_info("Zone ranges:\n");
6048         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6049                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6050                         continue;
6051                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6052                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6053                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6054                         pr_cont("empty\n");
6055                 else
6056                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6057                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6058                                         << PAGE_SHIFT,
6059                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6060                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6061         }
6062
6063         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6064         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6065         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6066                 if (zone_movable_pfn[i])
6067                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6068                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6069         }
6070
6071         /* Print out the early node map */
6072         pr_info("Early memory node ranges\n");
6073         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6074                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6075                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6076                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6077
6078         /* Initialise every node */
6079         mminit_verify_pageflags_layout();
6080         setup_nr_node_ids();
6081         for_each_online_node(nid) {
6082                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6083                 free_area_init_node(nid, NULL,
6084                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6085
6086                 /* Any memory on that node */
6087                 if (pgdat->node_present_pages)
6088                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6089                 check_for_memory(pgdat, nid);
6090         }
6091 }
6092
6093 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6094 {
6095         unsigned long long coremem;
6096         if (!p)
6097                 return -EINVAL;
6098
6099         coremem = memparse(p, &p);
6100         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6101
6102         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6103         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6104
6105         return 0;
6106 }
6107
6108 /*
6109  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6110  * cannot be reclaimed or migrated.
6111  */
6112 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6113 {
6114         /* parse kernelcore=mirror */
6115         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6116                 mirrored_kernelcore = true;
6117                 return 0;
6118         }
6119
6120         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6121 }
6122
6123 /*
6124  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6125  * can be reclaimed or migrated.
6126  */
6127 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6128 {
6129         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6130 }
6131
6132 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6133 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6134
6135 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6136
6137 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6138 {
6139         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6140         page_zone(page)->managed_pages += count;
6141         totalram_pages += count;
6142 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6143         if (PageHighMem(page))
6144                 totalhigh_pages += count;
6145 #endif
6146         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6147 }
6148 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6149
6150 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6151 {
6152         void *pos;
6153         unsigned long pages = 0;
6154
6155         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6156         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6157         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6158                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6159                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6160                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6161         }
6162
6163         if (pages && s)
6164                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6165                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6166
6167         return pages;
6168 }
6169 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6170
6171 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6172 void free_highmem_page(struct page *page)
6173 {
6174         __free_reserved_page(page);
6175         totalram_pages++;
6176         page_zone(page)->managed_pages++;
6177         totalhigh_pages++;
6178 }
6179 #endif
6180
6181
6182 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6183 {
6184         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6185         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6186
6187         physpages = get_num_physpages();
6188         codesize = _etext - _stext;
6189         datasize = _edata - _sdata;
6190         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6191         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6192         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6193         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6194
6195         /*
6196          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6197          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6198          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6199          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6200          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6201          */
6202 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6203         do { \
6204                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6205                         size -= adj; \
6206         } while (0)
6207
6208         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6209                      _sinittext, init_code_size);
6210         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6211         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6212         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6213         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6214
6215 #undef  adj_init_size
6216
6217         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6218 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6219                 ", %luK highmem"
6220 #endif
6221                 "%s%s)\n",
6222                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6223                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6224                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6225                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6226                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6227                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6228 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6229                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6230 #endif
6231                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6232 }
6233
6234 /**
6235  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6236  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6237  *
6238  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6239  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6240  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6241  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6242  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6243  * smaller per-cpu batchsize.
6244  */
6245 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6246 {
6247         dma_reserve = new_dma_reserve;
6248 }
6249
6250 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6251 {
6252         free_area_init_node(0, zones_size,
6253                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6254 }
6255
6256 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6257                                  unsigned long action, void *hcpu)
6258 {
6259         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6260
6261         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6262                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6263                 drain_pages(cpu);
6264
6265                 /*
6266                  * Spill the event counters of the dead processor
6267                  * into the current processors event counters.
6268                  * This artificially elevates the count of the current
6269                  * processor.
6270                  */
6271                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6272
6273                 /*
6274                  * Zero the differential counters of the dead processor
6275                  * so that the vm statistics are consistent.
6276                  *
6277                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6278                  * race with what we are doing.
6279                  */
6280                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6281         }
6282         return NOTIFY_OK;
6283 }
6284
6285 void __init page_alloc_init(void)
6286 {
6287         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6288 }
6289
6290 /*
6291  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6292  *      or min_free_kbytes changes.
6293  */
6294 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6295 {
6296         struct pglist_data *pgdat;
6297         unsigned long reserve_pages = 0;
6298         enum zone_type i, j;
6299
6300         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6301                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6302                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6303                         long max = 0;
6304
6305                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6306                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6307                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6308                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6309                         }
6310
6311                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6312                         max += high_wmark_pages(zone);
6313
6314                         if (max > zone->managed_pages)
6315                                 max = zone->managed_pages;
6316
6317                         zone->totalreserve_pages = max;
6318
6319                         reserve_pages += max;
6320                 }
6321         }
6322         totalreserve_pages = reserve_pages;
6323 }
6324
6325 /*
6326  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6327  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6328  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6329  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6330  */
6331 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6332 {
6333         struct pglist_data *pgdat;
6334         enum zone_type j, idx;
6335
6336         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6337                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6338                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6339                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6340
6341                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6342
6343                         idx = j;
6344                         while (idx) {
6345                                 struct zone *lower_zone;
6346
6347                                 idx--;
6348
6349                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6350                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6351
6352                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6353                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6354                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6355                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6356                         }
6357                 }
6358         }
6359
6360         /* update totalreserve_pages */
6361         calculate_totalreserve_pages();
6362 }
6363
6364 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6365 {
6366         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6367         unsigned long lowmem_pages = 0;
6368         struct zone *zone;
6369         unsigned long flags;
6370
6371         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6372         for_each_zone(zone) {
6373                 if (!is_highmem(zone))
6374                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6375         }
6376
6377         for_each_zone(zone) {
6378                 u64 tmp;
6379
6380                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6381                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6382                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6383                 if (is_highmem(zone)) {
6384                         /*
6385                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6386                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6387                          * value here.
6388                          *
6389                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6390                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6391                          * not be capped for highmem.
6392                          */
6393                         unsigned long min_pages;
6394
6395                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6396                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6397                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6398                 } else {
6399                         /*
6400                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6401                          * proportionate to the zone's size.
6402                          */
6403                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6404                 }
6405
6406                 /*
6407                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6408                  * scale factor in proportion to available memory, but
6409                  * ensure a minimum size on small systems.
6410                  */
6411                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6412                             mult_frac(zone->managed_pages,
6413                                       watermark_scale_factor, 10000));
6414
6415                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6416                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6417
6418                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6419                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6420                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6421
6422                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6423         }
6424
6425         /* update totalreserve_pages */
6426         calculate_totalreserve_pages();
6427 }
6428
6429 /**
6430  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6431  * or when memory is hot-{added|removed}
6432  *
6433  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6434  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6435  */
6436 void setup_per_zone_wmarks(void)
6437 {
6438         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6439         __setup_per_zone_wmarks();
6440         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6441 }
6442
6443 /*
6444  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6445  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6446  * to be referenced again before it is swapped out.
6447  *
6448  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6449  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6450  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6451  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6452  *
6453  * total     target    max
6454  * memory    ratio     inactive anon
6455  * -------------------------------------
6456  *   10MB       1         5MB
6457  *  100MB       1        50MB
6458  *    1GB       3       250MB
6459  *   10GB      10       0.9GB
6460  *  100GB      31         3GB
6461  *    1TB     101        10GB
6462  *   10TB     320        32GB
6463  */
6464 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6465 {
6466         unsigned int gb, ratio;
6467
6468         /* Zone size in gigabytes */
6469         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6470         if (gb)
6471                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6472         else
6473                 ratio = 1;
6474
6475         zone->inactive_ratio = ratio;
6476 }
6477
6478 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6479 {
6480         struct zone *zone;
6481
6482         for_each_zone(zone)
6483                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6484 }
6485
6486 /*
6487  * Initialise min_free_kbytes.
6488  *
6489  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6490  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6491  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6492  *
6493  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6494  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6495  *
6496  * which yields
6497  *
6498  * 16MB:        512k
6499  * 32MB:        724k
6500  * 64MB:        1024k
6501  * 128MB:       1448k
6502  * 256MB:       2048k
6503  * 512MB:       2896k
6504  * 1024MB:      4096k
6505  * 2048MB:      5792k
6506  * 4096MB:      8192k
6507  * 8192MB:      11584k
6508  * 16384MB:     16384k
6509  */
6510 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6511 {
6512         unsigned long lowmem_kbytes;
6513         int new_min_free_kbytes;
6514
6515         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6516         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6517
6518         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6519                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6520                 if (min_free_kbytes < 128)
6521                         min_free_kbytes = 128;
6522                 if (min_free_kbytes > 65536)
6523                         min_free_kbytes = 65536;
6524         } else {
6525                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6526                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6527         }
6528         setup_per_zone_wmarks();
6529         refresh_zone_stat_thresholds();
6530         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6531         setup_per_zone_inactive_ratio();
6532         return 0;
6533 }
6534 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6535
6536 /*
6537  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6538  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6539  *      changes.
6540  */
6541 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6542         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6543 {
6544         int rc;
6545
6546         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6547         if (rc)
6548                 return rc;
6549
6550         if (write) {
6551                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6552                 setup_per_zone_wmarks();
6553         }
6554         return 0;
6555 }
6556
6557 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6558         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6559 {
6560         int rc;
6561
6562         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6563         if (rc)
6564                 return rc;
6565
6566         if (write)
6567                 setup_per_zone_wmarks();
6568
6569         return 0;
6570 }
6571
6572 #ifdef CONFIG_NUMA
6573 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6574         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6575 {
6576         struct zone *zone;
6577         int rc;
6578
6579         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6580         if (rc)
6581                 return rc;
6582
6583         for_each_zone(zone)
6584                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6585                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6586         return 0;
6587 }
6588
6589 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6590         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6591 {
6592         struct zone *zone;
6593         int rc;
6594
6595         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6596         if (rc)
6597                 return rc;
6598
6599         for_each_zone(zone)
6600                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6601                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6602         return 0;
6603 }
6604 #endif
6605
6606 /*
6607  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6608  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6609  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6610  *
6611  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6612  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6613  * if in function of the boot time zone sizes.
6614  */
6615 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6616         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6617 {
6618         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6619         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6620         return 0;
6621 }
6622
6623 /*
6624  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6625  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6626  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6627  */
6628 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6629         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6630 {
6631         struct zone *zone;
6632         int old_percpu_pagelist_fraction;
6633         int ret;
6634
6635         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6636         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6637
6638         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6639         if (!write || ret < 0)
6640                 goto out;
6641
6642         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6643         if (percpu_pagelist_fraction &&
6644             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6645                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6646                 ret = -EINVAL;
6647                 goto out;
6648         }
6649
6650         /* No change? */
6651         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6652                 goto out;
6653
6654         for_each_populated_zone(zone) {
6655                 unsigned int cpu;
6656
6657                 for_each_possible_cpu(cpu)
6658                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6659                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6660         }
6661 out:
6662         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6663         return ret;
6664 }
6665
6666 #ifdef CONFIG_NUMA
6667 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6668
6669 static int __init set_hashdist(char *str)
6670 {
6671         if (!str)
6672                 return 0;
6673         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6674         return 1;
6675 }
6676 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6677 #endif
6678
6679 /*
6680  * allocate a large system hash table from bootmem
6681  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6682  *   quantity of entries
6683  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6684  */
6685 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6686                                      unsigned long bucketsize,
6687                                      unsigned long numentries,
6688                                      int scale,
6689                                      int flags,
6690                                      unsigned int *_hash_shift,
6691                                      unsigned int *_hash_mask,
6692                                      unsigned long low_limit,
6693                                      unsigned long high_limit)
6694 {
6695         unsigned long long max = high_limit;
6696         unsigned long log2qty, size;
6697         void *table = NULL;
6698
6699         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6700         if (!numentries) {
6701                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6702                 numentries = nr_kernel_pages;
6703
6704                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6705                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6706                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6707
6708                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6709                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6710                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6711                 else
6712                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6713
6714                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6715                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6716                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6717                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6718                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6719                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6720                                 BUG_ON(!numentries);
6721                         }
6722                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6723                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6724         }
6725         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6726
6727         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6728         if (max == 0) {
6729                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6730                 do_div(max, bucketsize);
6731         }
6732         max = min(max, 0x80000000ULL);
6733
6734         if (numentries < low_limit)
6735                 numentries = low_limit;
6736         if (numentries > max)
6737                 numentries = max;
6738
6739         log2qty = ilog2(numentries);
6740
6741         do {
6742                 size = bucketsize << log2qty;
6743                 if (flags & HASH_EARLY)
6744                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6745                 else if (hashdist)
6746                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6747                 else {
6748                         /*
6749                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6750                          * some pages at the end of hash table which
6751                          * alloc_pages_exact() automatically does
6752                          */
6753                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6754                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6755                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6756                         }
6757                 }
6758         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6759
6760         if (!table)
6761                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6762
6763         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6764                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
6765
6766         if (_hash_shift)
6767                 *_hash_shift = log2qty;
6768         if (_hash_mask)
6769                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6770
6771         return table;
6772 }
6773
6774 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6775 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
6776                                                         unsigned long pfn)
6777 {
6778 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6779         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6780 #else
6781         return page_zone(page)->pageblock_flags;
6782 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6783 }
6784
6785 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
6786 {
6787 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6788         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6789         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6790 #else
6791         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6792         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6793 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6794 }
6795
6796 /**
6797  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6798  * @page: The page within the block of interest
6799  * @pfn: The target page frame number
6800  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6801  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6802  *
6803  * Return: pageblock_bits flags
6804  */
6805 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6806                                         unsigned long end_bitidx,
6807                                         unsigned long mask)
6808 {
6809         unsigned long *bitmap;
6810         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6811         unsigned long word;
6812
6813         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
6814         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
6815         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6816         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6817
6818         word = bitmap[word_bitidx];
6819         bitidx += end_bitidx;
6820         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6821 }
6822
6823 /**
6824  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6825  * @page: The page within the block of interest
6826  * @flags: The flags to set
6827  * @pfn: The target page frame number
6828  * @end_bitidx: The last bit of interest
6829  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6830  */
6831 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6832                                         unsigned long pfn,
6833                                         unsigned long end_bitidx,
6834                                         unsigned long mask)
6835 {
6836         unsigned long *bitmap;
6837         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6838         unsigned long old_word, word;
6839
6840         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6841
6842         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
6843         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
6844         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6845         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6846
6847         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
6848
6849         bitidx += end_bitidx;
6850         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6851         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6852
6853         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6854         for (;;) {
6855                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6856                 if (word == old_word)
6857                         break;
6858                 word = old_word;
6859         }
6860 }
6861
6862 /*
6863  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6864  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6865  *
6866  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6867  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6868  * expect this function should be exact.
6869  */
6870 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6871                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6872 {
6873         unsigned long pfn, iter, found;
6874         int mt;
6875
6876         /*
6877          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6878          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6879          */
6880         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6881                 return false;
6882         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6883         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6884                 return false;
6885
6886         pfn = page_to_pfn(page);
6887         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6888                 unsigned long check = pfn + iter;
6889
6890                 if (!pfn_valid_within(check))
6891                         continue;
6892
6893                 page = pfn_to_page(check);
6894
6895                 /*
6896                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6897                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6898                  * handle each tail page individually in migration.
6899                  */
6900                 if (PageHuge(page)) {
6901                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6902                         continue;
6903                 }
6904
6905                 /*
6906                  * We can't use page_count without pin a page
6907                  * because another CPU can free compound page.
6908                  * This check already skips compound tails of THP
6909                  * because their page->_refcount is zero at all time.
6910                  */
6911                 if (!page_ref_count(page)) {
6912                         if (PageBuddy(page))
6913                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6914                         continue;
6915                 }
6916
6917                 /*
6918                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6919                  * page_count() is not 0.
6920                  */
6921                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6922                         continue;
6923
6924                 if (!PageLRU(page))
6925                         found++;
6926                 /*
6927                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6928                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6929                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6930                  */
6931                 /*
6932                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6933                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6934                  *
6935                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6936                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6937                  * page at boot.
6938                  */
6939                 if (found > count)
6940                         return true;
6941         }
6942         return false;
6943 }
6944
6945 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6946 {
6947         struct zone *zone;
6948         unsigned long pfn;
6949
6950         /*
6951          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6952          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6953          * the zone but still within the section.
6954          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6955          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6956          */
6957         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6958                 return false;
6959
6960         zone = page_zone(page);
6961         pfn = page_to_pfn(page);
6962         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6963                 return false;
6964
6965         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6966 }
6967
6968 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
6969
6970 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6971 {
6972         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6973                              pageblock_nr_pages) - 1);
6974 }
6975
6976 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6977 {
6978         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6979                                 pageblock_nr_pages));
6980 }
6981
6982 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6983 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6984                                         unsigned long start, unsigned long end)
6985 {
6986         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6987         unsigned long nr_reclaimed;
6988         unsigned long pfn = start;
6989         unsigned int tries = 0;
6990         int ret = 0;
6991
6992         migrate_prep();
6993
6994         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6995                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6996                         ret = -EINTR;
6997                         break;
6998                 }
6999
7000                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7001                         cc->nr_migratepages = 0;
7002                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7003                         if (!pfn) {
7004                                 ret = -EINTR;
7005                                 break;
7006                         }
7007                         tries = 0;
7008                 } else if (++tries == 5) {
7009                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7010                         break;
7011                 }
7012
7013                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7014                                                         &cc->migratepages);
7015                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7016
7017                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7018                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7019         }
7020         if (ret < 0) {
7021                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7022                 return ret;
7023         }
7024         return 0;
7025 }
7026
7027 /**
7028  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7029  * @start:      start PFN to allocate
7030  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7031  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7032  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7033  *                      in range must have the same migratetype and it must
7034  *                      be either of the two.
7035  *
7036  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7037  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7038  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7039  * pages fall in.
7040  *
7041  * The PFN range must belong to a single zone.
7042  *
7043  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7044  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7045  * need to be freed with free_contig_range().
7046  */
7047 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7048                        unsigned migratetype)
7049 {
7050         unsigned long outer_start, outer_end;
7051         unsigned int order;
7052         int ret = 0;
7053
7054         struct compact_control cc = {
7055                 .nr_migratepages = 0,
7056                 .order = -1,
7057                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7058                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7059                 .ignore_skip_hint = true,
7060         };
7061         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7062
7063         /*
7064          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7065          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7066          * have different sizes, and due to the way page allocator
7067          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7068          * that page allocator won't try to merge buddies from
7069          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7070          * other migration type.
7071          *
7072          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7073          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7074          * we are interested in).  This will put all the pages in
7075          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7076          *
7077          * When this is done, we take the pages in range from page
7078          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7079          * page allocator will never consider using them.
7080          *
7081          * This lets us mark the pageblocks back as
7082          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7083          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7084          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7085          */
7086
7087         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7088                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7089                                        false);
7090         if (ret)
7091                 return ret;
7092
7093         /*
7094          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7095          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7096          */
7097         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7098         if (ret && ret != -EBUSY)
7099                 goto done;
7100
7101         /*
7102          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7103          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7104          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7105          * What we are going to do is to allocate all pages from
7106          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7107          *
7108          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7109          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7110          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7111          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7112          * once this is done free the pages we are not interested in.
7113          *
7114          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7115          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7116          */
7117
7118         lru_add_drain_all();
7119         drain_all_pages(cc.zone);
7120
7121         order = 0;
7122         outer_start = start;
7123         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7124                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7125                         outer_start = start;
7126                         break;
7127                 }
7128                 outer_start &= ~0UL << order;
7129         }
7130
7131         if (outer_start != start) {
7132                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7133
7134                 /*
7135                  * outer_start page could be small order buddy page and
7136                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7137                  * in this case to report failed page properly
7138                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7139                  */
7140                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7141                         outer_start = start;
7142         }
7143
7144         /* Make sure the range is really isolated. */
7145         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7146                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7147                         __func__, outer_start, end);
7148                 ret = -EBUSY;
7149                 goto done;
7150         }
7151
7152         /* Grab isolated pages from freelists. */
7153         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7154         if (!outer_end) {
7155                 ret = -EBUSY;
7156                 goto done;
7157         }
7158
7159         /* Free head and tail (if any) */
7160         if (start != outer_start)
7161                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7162         if (end != outer_end)
7163                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7164
7165 done:
7166         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7167                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7168         return ret;
7169 }
7170
7171 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7172 {
7173         unsigned int count = 0;
7174
7175         for (; nr_pages--; pfn++) {
7176                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7177
7178                 count += page_count(page) != 1;
7179                 __free_page(page);
7180         }
7181         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7182 }
7183 #endif
7184
7185 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7186 /*
7187  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7188  * page high values need to be recalulated.
7189  */
7190 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7191 {
7192         unsigned cpu;
7193         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7194         for_each_possible_cpu(cpu)
7195                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7196                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7197         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7198 }
7199 #endif
7200
7201 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7202 {
7203         unsigned long flags;
7204         int cpu;
7205         struct per_cpu_pageset *pset;
7206
7207         /* avoid races with drain_pages()  */
7208         local_irq_save(flags);
7209         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7210                 for_each_online_cpu(cpu) {
7211                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7212                         drain_zonestat(zone, pset);
7213                 }
7214                 free_percpu(zone->pageset);
7215                 zone->pageset = &boot_pageset;
7216         }
7217         local_irq_restore(flags);
7218 }
7219
7220 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7221 /*
7222  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7223  * before calling this.
7224  */
7225 void
7226 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7227 {
7228         struct page *page;
7229         struct zone *zone;
7230         unsigned int order, i;
7231         unsigned long pfn;
7232         unsigned long flags;
7233         /* find the first valid pfn */
7234         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7235                 if (pfn_valid(pfn))
7236                         break;
7237         if (pfn == end_pfn)
7238                 return;
7239         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7240         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7241         pfn = start_pfn;
7242         while (pfn < end_pfn) {
7243                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7244                         pfn++;
7245                         continue;
7246                 }
7247                 page = pfn_to_page(pfn);
7248                 /*
7249                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7250                  * page_count() is not 0.
7251                  */
7252                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7253                         pfn++;
7254                         SetPageReserved(page);
7255                         continue;
7256                 }
7257
7258                 BUG_ON(page_count(page));
7259                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7260                 order = page_order(page);
7261 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7262                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7263                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7264 #endif
7265                 list_del(&page->lru);
7266                 rmv_page_order(page);
7267                 zone->free_area[order].nr_free--;
7268                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7269                         SetPageReserved((page+i));
7270                 pfn += (1 << order);
7271         }
7272         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7273 }
7274 #endif
7275
7276 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7277 {
7278         struct zone *zone = page_zone(page);
7279         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7280         unsigned long flags;
7281         unsigned int order;
7282
7283         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7284         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7285                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7286
7287                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7288                         break;
7289         }
7290         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7291
7292         return order < MAX_ORDER;
7293 }