]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/blob - mm/page_alloc.c
mm, oom: protect !costly allocations some more for !CONFIG_COMPACTION
[karo-tx-linux.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page_ext.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66
67 #include <asm/sections.h>
68 #include <asm/tlbflush.h>
69 #include <asm/div64.h>
70 #include "internal.h"
71
72 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
73 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
74 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
75
76 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
77 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
78 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
79 #endif
80
81 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
82 /*
83  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
84  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
85  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
86  * defined in <linux/topology.h>.
87  */
88 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
89 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
90 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
91 #endif
92
93 /*
94  * Array of node states.
95  */
96 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
97         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
98         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifndef CONFIG_NUMA
100         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
102         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
103 #endif
104 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
105         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif
107         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
108 #endif  /* NUMA */
109 };
110 EXPORT_SYMBOL(node_states);
111
112 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
113 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
114
115 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
118
119 int percpu_pagelist_fraction;
120 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
121
122 /*
123  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
124  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
125  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
126  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
127  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
128  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
129  */
130 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
131 {
132         return page->index;
133 }
134
135 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
136 {
137         page->index = migratetype;
138 }
139
140 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
141 /*
142  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
143  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
144  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
145  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
146  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
147  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
148  */
149
150 static gfp_t saved_gfp_mask;
151
152 void pm_restore_gfp_mask(void)
153 {
154         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
155         if (saved_gfp_mask) {
156                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
157                 saved_gfp_mask = 0;
158         }
159 }
160
161 void pm_restrict_gfp_mask(void)
162 {
163         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
164         WARN_ON(saved_gfp_mask);
165         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
166         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
167 }
168
169 bool pm_suspended_storage(void)
170 {
171         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
172                 return false;
173         return true;
174 }
175 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
176
177 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
178 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
179 #endif
180
181 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
182
183 /*
184  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
185  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
186  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
187  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
188  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
189  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
190  *
191  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
192  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
193  */
194 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
195 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
196          256,
197 #endif
198 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
199          256,
200 #endif
201 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
202          32,
203 #endif
204          32,
205 };
206
207 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
208
209 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
210 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
211          "DMA",
212 #endif
213 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
214          "DMA32",
215 #endif
216          "Normal",
217 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
218          "HighMem",
219 #endif
220          "Movable",
221 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
222          "Device",
223 #endif
224 };
225
226 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
227         "Unmovable",
228         "Movable",
229         "Reclaimable",
230         "HighAtomic",
231 #ifdef CONFIG_CMA
232         "CMA",
233 #endif
234 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
235         "Isolate",
236 #endif
237 };
238
239 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
240         NULL,
241         free_compound_page,
242 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
243         free_huge_page,
244 #endif
245 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
246         free_transhuge_page,
247 #endif
248 };
249
250 int min_free_kbytes = 1024;
251 int user_min_free_kbytes = -1;
252 int watermark_scale_factor = 10;
253
254 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
255 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
256 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
257
258 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
259 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
260 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
261 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
262 static unsigned long __initdata required_movablecore;
263 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
264 static bool mirrored_kernelcore;
265
266 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
267 int movable_zone;
268 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
269 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
270
271 #if MAX_NUMNODES > 1
272 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
273 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
274 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
275 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
276 #endif
277
278 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
279
280 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
281 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
282 {
283         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
284 }
285
286 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
287 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
288 {
289         if (pfn >= NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn))->first_deferred_pfn)
290                 return true;
291
292         return false;
293 }
294
295 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
296 {
297         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
298                 return true;
299
300         return false;
301 }
302
303 /*
304  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
305  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
306  */
307 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
308                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
309                                 unsigned long *nr_initialised)
310 {
311         unsigned long max_initialise;
312
313         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
314         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
315                 return true;
316         /*
317          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
318          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
319          */
320         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
321                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
322
323         (*nr_initialised)++;
324         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
325             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
326                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
327                 return false;
328         }
329
330         return true;
331 }
332 #else
333 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
334 {
335 }
336
337 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
338 {
339         return false;
340 }
341
342 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
343 {
344         return false;
345 }
346
347 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
348                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
349                                 unsigned long *nr_initialised)
350 {
351         return true;
352 }
353 #endif
354
355 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
356 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
357                                                         unsigned long pfn)
358 {
359 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
360         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
361 #else
362         return page_zone(page)->pageblock_flags;
363 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
364 }
365
366 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
367 {
368 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
369         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
370         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
371 #else
372         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
373         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
374 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
375 }
376
377 /**
378  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
379  * @page: The page within the block of interest
380  * @pfn: The target page frame number
381  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
382  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
383  *
384  * Return: pageblock_bits flags
385  */
386 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
387                                         unsigned long pfn,
388                                         unsigned long end_bitidx,
389                                         unsigned long mask)
390 {
391         unsigned long *bitmap;
392         unsigned long bitidx, word_bitidx;
393         unsigned long word;
394
395         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
396         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
397         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
398         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
399
400         word = bitmap[word_bitidx];
401         bitidx += end_bitidx;
402         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
403 }
404
405 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
406                                         unsigned long end_bitidx,
407                                         unsigned long mask)
408 {
409         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
410 }
411
412 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
413 {
414         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
415 }
416
417 /**
418  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
419  * @page: The page within the block of interest
420  * @flags: The flags to set
421  * @pfn: The target page frame number
422  * @end_bitidx: The last bit of interest
423  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
424  */
425 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
426                                         unsigned long pfn,
427                                         unsigned long end_bitidx,
428                                         unsigned long mask)
429 {
430         unsigned long *bitmap;
431         unsigned long bitidx, word_bitidx;
432         unsigned long old_word, word;
433
434         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
435
436         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
437         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
438         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
439         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
440
441         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
442
443         bitidx += end_bitidx;
444         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
445         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
446
447         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
448         for (;;) {
449                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
450                 if (word == old_word)
451                         break;
452                 word = old_word;
453         }
454 }
455
456 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
457 {
458         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
459                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
460                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
461
462         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
463                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
464 }
465
466 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
467 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
468 {
469         int ret = 0;
470         unsigned seq;
471         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
472         unsigned long sp, start_pfn;
473
474         do {
475                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
476                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
477                 sp = zone->spanned_pages;
478                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
479                         ret = 1;
480         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
481
482         if (ret)
483                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
484                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
485                         start_pfn, start_pfn + sp);
486
487         return ret;
488 }
489
490 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
491 {
492         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
493                 return 0;
494         if (zone != page_zone(page))
495                 return 0;
496
497         return 1;
498 }
499 /*
500  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
501  */
502 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
503 {
504         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
505                 return 1;
506         if (!page_is_consistent(zone, page))
507                 return 1;
508
509         return 0;
510 }
511 #else
512 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
513 {
514         return 0;
515 }
516 #endif
517
518 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
519                 unsigned long bad_flags)
520 {
521         static unsigned long resume;
522         static unsigned long nr_shown;
523         static unsigned long nr_unshown;
524
525         /* Don't complain about poisoned pages */
526         if (PageHWPoison(page)) {
527                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
528                 return;
529         }
530
531         /*
532          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
533          * or allow a steady drip of one report per second.
534          */
535         if (nr_shown == 60) {
536                 if (time_before(jiffies, resume)) {
537                         nr_unshown++;
538                         goto out;
539                 }
540                 if (nr_unshown) {
541                         pr_alert(
542                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
543                                 nr_unshown);
544                         nr_unshown = 0;
545                 }
546                 nr_shown = 0;
547         }
548         if (nr_shown++ == 0)
549                 resume = jiffies + 60 * HZ;
550
551         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
552                 current->comm, page_to_pfn(page));
553         __dump_page(page, reason);
554         bad_flags &= page->flags;
555         if (bad_flags)
556                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
557                                                 bad_flags, &bad_flags);
558         dump_page_owner(page);
559
560         print_modules();
561         dump_stack();
562 out:
563         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
564         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
565         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
566 }
567
568 /*
569  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
570  *
571  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
572  *
573  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
574  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
575  *
576  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
577  * page destructors. See compound_page_dtors.
578  *
579  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
580  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
581  */
582
583 void free_compound_page(struct page *page)
584 {
585         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
586 }
587
588 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
589 {
590         int i;
591         int nr_pages = 1 << order;
592
593         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
594         set_compound_order(page, order);
595         __SetPageHead(page);
596         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
597                 struct page *p = page + i;
598                 set_page_count(p, 0);
599                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
600                 set_compound_head(p, page);
601         }
602         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
603 }
604
605 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
606 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
607 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
608                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
609 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
610 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
611
612 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
613 {
614         if (!buf)
615                 return -EINVAL;
616
617         if (strcmp(buf, "on") == 0)
618                 _debug_pagealloc_enabled = true;
619
620         if (strcmp(buf, "off") == 0)
621                 _debug_pagealloc_enabled = false;
622
623         return 0;
624 }
625 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
626
627 static bool need_debug_guardpage(void)
628 {
629         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
630         if (!debug_pagealloc_enabled())
631                 return false;
632
633         return true;
634 }
635
636 static void init_debug_guardpage(void)
637 {
638         if (!debug_pagealloc_enabled())
639                 return;
640
641         _debug_guardpage_enabled = true;
642 }
643
644 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
645         .need = need_debug_guardpage,
646         .init = init_debug_guardpage,
647 };
648
649 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
650 {
651         unsigned long res;
652
653         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
654                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
655                 return 0;
656         }
657         _debug_guardpage_minorder = res;
658         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
659         return 0;
660 }
661 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
662
663 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
664                                 unsigned int order, int migratetype)
665 {
666         struct page_ext *page_ext;
667
668         if (!debug_guardpage_enabled())
669                 return;
670
671         page_ext = lookup_page_ext(page);
672         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
673
674         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
675         set_page_private(page, order);
676         /* Guard pages are not available for any usage */
677         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
678 }
679
680 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
681                                 unsigned int order, int migratetype)
682 {
683         struct page_ext *page_ext;
684
685         if (!debug_guardpage_enabled())
686                 return;
687
688         page_ext = lookup_page_ext(page);
689         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
690
691         set_page_private(page, 0);
692         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
693                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
694 }
695 #else
696 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
697 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
698                                 unsigned int order, int migratetype) {}
699 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
700                                 unsigned int order, int migratetype) {}
701 #endif
702
703 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
704 {
705         set_page_private(page, order);
706         __SetPageBuddy(page);
707 }
708
709 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
710 {
711         __ClearPageBuddy(page);
712         set_page_private(page, 0);
713 }
714
715 /*
716  * This function checks whether a page is free && is the buddy
717  * we can do coalesce a page and its buddy if
718  * (a) the buddy is not in a hole &&
719  * (b) the buddy is in the buddy system &&
720  * (c) a page and its buddy have the same order &&
721  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
722  *
723  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
724  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
725  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
726  * serialized by zone->lock.
727  *
728  * For recording page's order, we use page_private(page).
729  */
730 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
731                                                         unsigned int order)
732 {
733         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
734                 return 0;
735
736         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
737                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
738                         return 0;
739
740                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
741
742                 return 1;
743         }
744
745         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
746                 /*
747                  * zone check is done late to avoid uselessly
748                  * calculating zone/node ids for pages that could
749                  * never merge.
750                  */
751                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
752                         return 0;
753
754                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
755
756                 return 1;
757         }
758         return 0;
759 }
760
761 /*
762  * Freeing function for a buddy system allocator.
763  *
764  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
765  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
766  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
767  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
768  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
769  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
770  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
771  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
772  * parts of the VM system.
773  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
774  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
775  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
776  * field.
777  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
778  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
779  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
780  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
781  * triggers coalescing into a block of larger size.
782  *
783  * -- nyc
784  */
785
786 static inline void __free_one_page(struct page *page,
787                 unsigned long pfn,
788                 struct zone *zone, unsigned int order,
789                 int migratetype)
790 {
791         unsigned long page_idx;
792         unsigned long combined_idx;
793         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
794         struct page *buddy;
795         unsigned int max_order;
796
797         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
798
799         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
800         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
801
802         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
803         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
804                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
805
806         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
807
808         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
809         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
810
811 continue_merging:
812         while (order < max_order - 1) {
813                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
814                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
815                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
816                         goto done_merging;
817                 /*
818                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
819                  * merge with it and move up one order.
820                  */
821                 if (page_is_guard(buddy)) {
822                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
823                 } else {
824                         list_del(&buddy->lru);
825                         zone->free_area[order].nr_free--;
826                         rmv_page_order(buddy);
827                 }
828                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
829                 page = page + (combined_idx - page_idx);
830                 page_idx = combined_idx;
831                 order++;
832         }
833         if (max_order < MAX_ORDER) {
834                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
835                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
836                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
837                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
838                  *
839                  * We don't want to hit this code for the more frequent
840                  * low-order merging.
841                  */
842                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
843                         int buddy_mt;
844
845                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
846                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
847                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
848
849                         if (migratetype != buddy_mt
850                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
851                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
852                                 goto done_merging;
853                 }
854                 max_order++;
855                 goto continue_merging;
856         }
857
858 done_merging:
859         set_page_order(page, order);
860
861         /*
862          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
863          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
864          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
865          * that is happening, add the free page to the tail of the list
866          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
867          * as a higher order page
868          */
869         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
870                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
871                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
872                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
873                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
874                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
875                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
876                         list_add_tail(&page->lru,
877                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
878                         goto out;
879                 }
880         }
881
882         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
883 out:
884         zone->free_area[order].nr_free++;
885 }
886
887 /*
888  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
889  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
890  * check if necessary.
891  */
892 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
893                                         unsigned long check_flags)
894 {
895         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
896                 return false;
897
898         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
899                         page_ref_count(page) |
900 #ifdef CONFIG_MEMCG
901                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
902 #endif
903                         (page->flags & check_flags)))
904                 return false;
905
906         return true;
907 }
908
909 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
910 {
911         const char *bad_reason;
912         unsigned long bad_flags;
913
914         bad_reason = NULL;
915         bad_flags = 0;
916
917         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
918                 bad_reason = "nonzero mapcount";
919         if (unlikely(page->mapping != NULL))
920                 bad_reason = "non-NULL mapping";
921         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
922                 bad_reason = "nonzero _refcount";
923         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
924                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
925                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
926         }
927 #ifdef CONFIG_MEMCG
928         if (unlikely(page->mem_cgroup))
929                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
930 #endif
931         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
932 }
933
934 static inline int free_pages_check(struct page *page)
935 {
936         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
937                 return 0;
938
939         /* Something has gone sideways, find it */
940         free_pages_check_bad(page);
941         return 1;
942 }
943
944 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
945 {
946         int ret = 1;
947
948         /*
949          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
950          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
951          */
952         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
953
954         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
955                 ret = 0;
956                 goto out;
957         }
958         switch (page - head_page) {
959         case 1:
960                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
961                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
962                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
963                         goto out;
964                 }
965                 break;
966         case 2:
967                 /*
968                  * the second tail page: ->mapping is
969                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
970                  */
971                 break;
972         default:
973                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
974                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
975                         goto out;
976                 }
977                 break;
978         }
979         if (unlikely(!PageTail(page))) {
980                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
981                 goto out;
982         }
983         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
984                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
985                 goto out;
986         }
987         ret = 0;
988 out:
989         page->mapping = NULL;
990         clear_compound_head(page);
991         return ret;
992 }
993
994 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
995                                         unsigned int order, bool check_free)
996 {
997         int bad = 0;
998
999         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1000
1001         trace_mm_page_free(page, order);
1002         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1003         kasan_free_pages(page, order);
1004
1005         /*
1006          * Check tail pages before head page information is cleared to
1007          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1008          */
1009         if (unlikely(order)) {
1010                 bool compound = PageCompound(page);
1011                 int i;
1012
1013                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1014
1015                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1016                         if (compound)
1017                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1018                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1019                                 bad++;
1020                                 continue;
1021                         }
1022                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1023                 }
1024         }
1025         if (PageAnonHead(page))
1026                 page->mapping = NULL;
1027         if (check_free)
1028                 bad += free_pages_check(page);
1029         if (bad)
1030                 return false;
1031
1032         page_cpupid_reset_last(page);
1033         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1034         reset_page_owner(page, order);
1035
1036         if (!PageHighMem(page)) {
1037                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1038                                            PAGE_SIZE << order);
1039                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1040                                            PAGE_SIZE << order);
1041         }
1042         arch_free_page(page, order);
1043         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1044         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1045
1046         return true;
1047 }
1048
1049 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1050 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1051 {
1052         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1053 }
1054
1055 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1056 {
1057         return false;
1058 }
1059 #else
1060 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1061 {
1062         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1063 }
1064
1065 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1066 {
1067         return free_pages_check(page);
1068 }
1069 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1070
1071 /*
1072  * Frees a number of pages from the PCP lists
1073  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1074  * count is the number of pages to free.
1075  *
1076  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1077  * see if this freeing clears that state.
1078  *
1079  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1080  * pinned" detection logic.
1081  */
1082 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1083                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1084 {
1085         int migratetype = 0;
1086         int batch_free = 0;
1087         unsigned long nr_scanned;
1088         bool isolated_pageblocks;
1089
1090         spin_lock(&zone->lock);
1091         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1092         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
1093         if (nr_scanned)
1094                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1095
1096         while (count) {
1097                 struct page *page;
1098                 struct list_head *list;
1099
1100                 /*
1101                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1102                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1103                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1104                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1105                  * lists
1106                  */
1107                 do {
1108                         batch_free++;
1109                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1110                                 migratetype = 0;
1111                         list = &pcp->lists[migratetype];
1112                 } while (list_empty(list));
1113
1114                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1115                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1116                         batch_free = count;
1117
1118                 do {
1119                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1120
1121                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1122                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1123                         list_del(&page->lru);
1124
1125                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1126                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1127                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1128                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1129                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1130                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1131
1132                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1133                                 continue;
1134
1135                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1136                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1137                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1138         }
1139         spin_unlock(&zone->lock);
1140 }
1141
1142 static void free_one_page(struct zone *zone,
1143                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1144                                 unsigned int order,
1145                                 int migratetype)
1146 {
1147         unsigned long nr_scanned;
1148         spin_lock(&zone->lock);
1149         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
1150         if (nr_scanned)
1151                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1152
1153         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1154                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1155                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1156         }
1157         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1158         spin_unlock(&zone->lock);
1159 }
1160
1161 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1162                                 unsigned long zone, int nid)
1163 {
1164         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1165         init_page_count(page);
1166         page_mapcount_reset(page);
1167         page_cpupid_reset_last(page);
1168
1169         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1170 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1171         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1172         if (!is_highmem_idx(zone))
1173                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1174 #endif
1175 }
1176
1177 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1178                                         int nid)
1179 {
1180         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1181 }
1182
1183 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1184 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1185 {
1186         pg_data_t *pgdat;
1187         int nid, zid;
1188
1189         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1190                 return;
1191
1192         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1193         pgdat = NODE_DATA(nid);
1194
1195         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1196                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1197
1198                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1199                         break;
1200         }
1201         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1202 }
1203 #else
1204 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1205 {
1206 }
1207 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1208
1209 /*
1210  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1211  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1212  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1213  * sent to the buddy page allocator.
1214  */
1215 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
1216 {
1217         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1218         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1219
1220         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1221                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1222                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1223
1224                         init_reserved_page(start_pfn);
1225
1226                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1227                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1228
1229                         SetPageReserved(page);
1230                 }
1231         }
1232 }
1233
1234 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1235 {
1236         unsigned long flags;
1237         int migratetype;
1238         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1239
1240         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1241                 return;
1242
1243         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1244         local_irq_save(flags);
1245         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1246         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1247         local_irq_restore(flags);
1248 }
1249
1250 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1251 {
1252         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1253         struct page *p = page;
1254         unsigned int loop;
1255
1256         prefetchw(p);
1257         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1258                 prefetchw(p + 1);
1259                 __ClearPageReserved(p);
1260                 set_page_count(p, 0);
1261         }
1262         __ClearPageReserved(p);
1263         set_page_count(p, 0);
1264
1265         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1266         set_page_refcounted(page);
1267         __free_pages(page, order);
1268 }
1269
1270 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1271         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1272
1273 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1274
1275 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1276 {
1277         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1278         int nid;
1279
1280         spin_lock(&early_pfn_lock);
1281         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1282         if (nid < 0)
1283                 nid = 0;
1284         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1285
1286         return nid;
1287 }
1288 #endif
1289
1290 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1291 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1292                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1293 {
1294         int nid;
1295
1296         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1297         if (nid >= 0 && nid != node)
1298                 return false;
1299         return true;
1300 }
1301
1302 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1303 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1304 {
1305         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1306 }
1307
1308 #else
1309
1310 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1311 {
1312         return true;
1313 }
1314 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1315                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1316 {
1317         return true;
1318 }
1319 #endif
1320
1321
1322 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1323                                                         unsigned int order)
1324 {
1325         if (early_page_uninitialised(pfn))
1326                 return;
1327         return __free_pages_boot_core(page, order);
1328 }
1329
1330 /*
1331  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1332  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1333  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1334  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1335  * pageblocks.
1336  *
1337  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1338  *
1339  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1340  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1341  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1342  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1343  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1344  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1345  * page in a pageblock.
1346  */
1347 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1348                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1349 {
1350         struct page *start_page;
1351         struct page *end_page;
1352
1353         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1354         end_pfn--;
1355
1356         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1357                 return NULL;
1358
1359         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1360
1361         if (page_zone(start_page) != zone)
1362                 return NULL;
1363
1364         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1365
1366         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1367         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1368                 return NULL;
1369
1370         return start_page;
1371 }
1372
1373 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1374 {
1375         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1376         unsigned long block_end_pfn;
1377
1378         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1379         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1380                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1381                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1382
1383                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1384
1385                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1386                                              block_end_pfn, zone))
1387                         return;
1388         }
1389
1390         /* We confirm that there is no hole */
1391         zone->contiguous = true;
1392 }
1393
1394 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1395 {
1396         zone->contiguous = false;
1397 }
1398
1399 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1400 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1401                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1402 {
1403         int i;
1404
1405         if (!page)
1406                 return;
1407
1408         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1409         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1410             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1411                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1412                 __free_pages_boot_core(page, MAX_ORDER-1);
1413                 return;
1414         }
1415
1416         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++)
1417                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1418 }
1419
1420 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1421 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1422 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1423
1424 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1425 {
1426         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1427                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1428 }
1429
1430 /* Initialise remaining memory on a node */
1431 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1432 {
1433         pg_data_t *pgdat = data;
1434         int nid = pgdat->node_id;
1435         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1436         unsigned long start = jiffies;
1437         unsigned long nr_pages = 0;
1438         unsigned long walk_start, walk_end;
1439         int i, zid;
1440         struct zone *zone;
1441         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1442         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1443
1444         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1445                 pgdat_init_report_one_done();
1446                 return 0;
1447         }
1448
1449         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1450         if (!cpumask_empty(cpumask))
1451                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1452
1453         /* Sanity check boundaries */
1454         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1455         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1456         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1457
1458         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1459         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1460                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1461                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1462                         break;
1463         }
1464
1465         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1466                 unsigned long pfn, end_pfn;
1467                 struct page *page = NULL;
1468                 struct page *free_base_page = NULL;
1469                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1470                 int nr_to_free = 0;
1471
1472                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1473                 pfn = first_init_pfn;
1474                 if (pfn < walk_start)
1475                         pfn = walk_start;
1476                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1477                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1478
1479                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1480                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1481                                 goto free_range;
1482
1483                         /*
1484                          * Ensure pfn_valid is checked every
1485                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1486                          */
1487                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1488                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1489                                         page = NULL;
1490                                         goto free_range;
1491                                 }
1492                         }
1493
1494                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1495                                 page = NULL;
1496                                 goto free_range;
1497                         }
1498
1499                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1500                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1501                                 page++;
1502                         } else {
1503                                 nr_pages += nr_to_free;
1504                                 deferred_free_range(free_base_page,
1505                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1506                                 free_base_page = NULL;
1507                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1508
1509                                 page = pfn_to_page(pfn);
1510                                 cond_resched();
1511                         }
1512
1513                         if (page->flags) {
1514                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1515                                 goto free_range;
1516                         }
1517
1518                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1519                         if (!free_base_page) {
1520                                 free_base_page = page;
1521                                 free_base_pfn = pfn;
1522                                 nr_to_free = 0;
1523                         }
1524                         nr_to_free++;
1525
1526                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1527                         continue;
1528 free_range:
1529                         /* Free the current block of pages to allocator */
1530                         nr_pages += nr_to_free;
1531                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1532                                                                 nr_to_free);
1533                         free_base_page = NULL;
1534                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1535                 }
1536
1537                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1538         }
1539
1540         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1541         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1542
1543         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1544                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1545
1546         pgdat_init_report_one_done();
1547         return 0;
1548 }
1549 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1550
1551 void __init page_alloc_init_late(void)
1552 {
1553         struct zone *zone;
1554
1555 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1556         int nid;
1557
1558         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1559         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1560         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1561                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1562         }
1563
1564         /* Block until all are initialised */
1565         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1566
1567         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1568         files_maxfiles_init();
1569 #endif
1570
1571         for_each_populated_zone(zone)
1572                 set_zone_contiguous(zone);
1573 }
1574
1575 #ifdef CONFIG_CMA
1576 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1577 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1578 {
1579         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1580         struct page *p = page;
1581
1582         do {
1583                 __ClearPageReserved(p);
1584                 set_page_count(p, 0);
1585         } while (++p, --i);
1586
1587         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1588
1589         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1590                 i = pageblock_nr_pages;
1591                 p = page;
1592                 do {
1593                         set_page_refcounted(p);
1594                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1595                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1596                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1597         } else {
1598                 set_page_refcounted(page);
1599                 __free_pages(page, pageblock_order);
1600         }
1601
1602         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1603 }
1604 #endif
1605
1606 /*
1607  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1608  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1609  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1610  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1611  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1612  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1613  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1614  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1615  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1616  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1617  *
1618  * -- nyc
1619  */
1620 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1621         int low, int high, struct free_area *area,
1622         int migratetype)
1623 {
1624         unsigned long size = 1 << high;
1625
1626         while (high > low) {
1627                 area--;
1628                 high--;
1629                 size >>= 1;
1630                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1631
1632                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1633                         debug_guardpage_enabled() &&
1634                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1635                         /*
1636                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1637                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1638                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1639                          * pages will stay not present in virtual address space
1640                          */
1641                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1642                         continue;
1643                 }
1644                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1645                 area->nr_free++;
1646                 set_page_order(&page[size], high);
1647         }
1648 }
1649
1650 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1651 {
1652         const char *bad_reason = NULL;
1653         unsigned long bad_flags = 0;
1654
1655         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1656                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1657         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1658                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1659         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1660                 bad_reason = "nonzero _count";
1661         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1662                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1663                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1664         }
1665         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1666                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1667                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1668         }
1669 #ifdef CONFIG_MEMCG
1670         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1671                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1672 #endif
1673         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1674 }
1675
1676 /*
1677  * This page is about to be returned from the page allocator
1678  */
1679 static inline int check_new_page(struct page *page)
1680 {
1681         if (likely(page_expected_state(page,
1682                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1683                 return 0;
1684
1685         check_new_page_bad(page);
1686         return 1;
1687 }
1688
1689 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1690 {
1691         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1692                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1693 }
1694
1695 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1696 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1697 {
1698         return false;
1699 }
1700
1701 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1702 {
1703         return check_new_page(page);
1704 }
1705 #else
1706 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1707 {
1708         return check_new_page(page);
1709 }
1710 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1711 {
1712         return false;
1713 }
1714 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1715
1716 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1717 {
1718         int i;
1719         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1720                 struct page *p = page + i;
1721
1722                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1723                         return true;
1724         }
1725
1726         return false;
1727 }
1728
1729 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1730                                                         unsigned int alloc_flags)
1731 {
1732         int i;
1733         bool poisoned = true;
1734
1735         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1736                 struct page *p = page + i;
1737                 if (poisoned)
1738                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1739         }
1740
1741         set_page_private(page, 0);
1742         set_page_refcounted(page);
1743
1744         arch_alloc_page(page, order);
1745         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1746         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1747         kasan_alloc_pages(page, order);
1748
1749         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1750                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1751                         clear_highpage(page + i);
1752
1753         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1754                 prep_compound_page(page, order);
1755
1756         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1757
1758         /*
1759          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1760          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1761          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1762          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1763          */
1764         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1765                 set_page_pfmemalloc(page);
1766         else
1767                 clear_page_pfmemalloc(page);
1768 }
1769
1770 /*
1771  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1772  * the smallest available page from the freelists
1773  */
1774 static inline
1775 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1776                                                 int migratetype)
1777 {
1778         unsigned int current_order;
1779         struct free_area *area;
1780         struct page *page;
1781
1782         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1783         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1784                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1785                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1786                                                         struct page, lru);
1787                 if (!page)
1788                         continue;
1789                 list_del(&page->lru);
1790                 rmv_page_order(page);
1791                 area->nr_free--;
1792                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1793                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1794                 return page;
1795         }
1796
1797         return NULL;
1798 }
1799
1800
1801 /*
1802  * This array describes the order lists are fallen back to when
1803  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1804  */
1805 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1806         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1807         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1808         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1809 #ifdef CONFIG_CMA
1810         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1811 #endif
1812 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1813         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1814 #endif
1815 };
1816
1817 #ifdef CONFIG_CMA
1818 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1819                                         unsigned int order)
1820 {
1821         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1822 }
1823 #else
1824 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1825                                         unsigned int order) { return NULL; }
1826 #endif
1827
1828 /*
1829  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1830  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1831  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1832  */
1833 int move_freepages(struct zone *zone,
1834                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1835                           int migratetype)
1836 {
1837         struct page *page;
1838         unsigned int order;
1839         int pages_moved = 0;
1840
1841 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1842         /*
1843          * page_zone is not safe to call in this context when
1844          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1845          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1846          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1847          * grouping pages by mobility
1848          */
1849         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1850 #endif
1851
1852         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1853                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1854                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1855
1856                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1857                         page++;
1858                         continue;
1859                 }
1860
1861                 if (!PageBuddy(page)) {
1862                         page++;
1863                         continue;
1864                 }
1865
1866                 order = page_order(page);
1867                 list_move(&page->lru,
1868                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1869                 page += 1 << order;
1870                 pages_moved += 1 << order;
1871         }
1872
1873         return pages_moved;
1874 }
1875
1876 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1877                                 int migratetype)
1878 {
1879         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1880         struct page *start_page, *end_page;
1881
1882         start_pfn = page_to_pfn(page);
1883         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1884         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1885         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1886         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1887
1888         /* Do not cross zone boundaries */
1889         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1890                 start_page = page;
1891         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1892                 return 0;
1893
1894         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1895 }
1896
1897 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1898                                         int start_order, int migratetype)
1899 {
1900         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1901
1902         while (nr_pageblocks--) {
1903                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1904                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1905         }
1906 }
1907
1908 /*
1909  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1910  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1911  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1912  *
1913  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1914  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1915  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1916  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1917  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1918  * pageblocks.
1919  */
1920 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1921 {
1922         /*
1923          * Leaving this order check is intended, although there is
1924          * relaxed order check in next check. The reason is that
1925          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1926          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1927          * so could be changed anytime.
1928          */
1929         if (order >= pageblock_order)
1930                 return true;
1931
1932         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1933                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1934                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1935                 page_group_by_mobility_disabled)
1936                 return true;
1937
1938         return false;
1939 }
1940
1941 /*
1942  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1943  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1944  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1945  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1946  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1947  */
1948 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1949                                                           int start_type)
1950 {
1951         unsigned int current_order = page_order(page);
1952         int pages;
1953
1954         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1955         if (current_order >= pageblock_order) {
1956                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1957                 return;
1958         }
1959
1960         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1961
1962         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1963         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1964                         page_group_by_mobility_disabled)
1965                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1966 }
1967
1968 /*
1969  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1970  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1971  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1972  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1973  */
1974 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1975                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1976 {
1977         int i;
1978         int fallback_mt;
1979
1980         if (area->nr_free == 0)
1981                 return -1;
1982
1983         *can_steal = false;
1984         for (i = 0;; i++) {
1985                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1986                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1987                         break;
1988
1989                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1990                         continue;
1991
1992                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1993                         *can_steal = true;
1994
1995                 if (!only_stealable)
1996                         return fallback_mt;
1997
1998                 if (*can_steal)
1999                         return fallback_mt;
2000         }
2001
2002         return -1;
2003 }
2004
2005 /*
2006  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2007  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2008  */
2009 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2010                                 unsigned int alloc_order)
2011 {
2012         int mt;
2013         unsigned long max_managed, flags;
2014
2015         /*
2016          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2017          * Check is race-prone but harmless.
2018          */
2019         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2020         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2021                 return;
2022
2023         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2024
2025         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2026         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2027                 goto out_unlock;
2028
2029         /* Yoink! */
2030         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2031         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2032                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2033                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2034                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2035                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2036         }
2037
2038 out_unlock:
2039         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2040 }
2041
2042 /*
2043  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2044  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2045  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2046  * to recover from than an OOM.
2047  */
2048 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
2049 {
2050         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2051         unsigned long flags;
2052         struct zoneref *z;
2053         struct zone *zone;
2054         struct page *page;
2055         int order;
2056
2057         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2058                                                                 ac->nodemask) {
2059                 /* Preserve at least one pageblock */
2060                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
2061                         continue;
2062
2063                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2064                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2065                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2066
2067                         page = list_first_entry_or_null(
2068                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2069                                         struct page, lru);
2070                         if (!page)
2071                                 continue;
2072
2073                         /*
2074                          * It should never happen but changes to locking could
2075                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
2076                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
2077                          * and watch for underflows.
2078                          */
2079                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
2080                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2081
2082                         /*
2083                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2084                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2085                          * is doing the work and needs the pages. More
2086                          * importantly, if the block was always converted to
2087                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2088                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2089                          * may increase.
2090                          */
2091                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2092                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2093                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2094                         return;
2095                 }
2096                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2097         }
2098 }
2099
2100 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2101 static inline struct page *
2102 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2103 {
2104         struct free_area *area;
2105         unsigned int current_order;
2106         struct page *page;
2107         int fallback_mt;
2108         bool can_steal;
2109
2110         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2111         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2112                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2113                                 --current_order) {
2114                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2115                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2116                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2117                 if (fallback_mt == -1)
2118                         continue;
2119
2120                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2121                                                 struct page, lru);
2122                 if (can_steal)
2123                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2124
2125                 /* Remove the page from the freelists */
2126                 area->nr_free--;
2127                 list_del(&page->lru);
2128                 rmv_page_order(page);
2129
2130                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2131                                         start_migratetype);
2132                 /*
2133                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2134                  * migratetype depending on the decisions in
2135                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2136                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2137                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2138                  */
2139                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2140
2141                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2142                         start_migratetype, fallback_mt);
2143
2144                 return page;
2145         }
2146
2147         return NULL;
2148 }
2149
2150 /*
2151  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2152  * Call me with the zone->lock already held.
2153  */
2154 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2155                                 int migratetype)
2156 {
2157         struct page *page;
2158
2159         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2160         if (unlikely(!page)) {
2161                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2162                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2163
2164                 if (!page)
2165                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2166         }
2167
2168         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2169         return page;
2170 }
2171
2172 /*
2173  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2174  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2175  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2176  */
2177 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2178                         unsigned long count, struct list_head *list,
2179                         int migratetype, bool cold)
2180 {
2181         int i;
2182
2183         spin_lock(&zone->lock);
2184         for (i = 0; i < count; ++i) {
2185                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2186                 if (unlikely(page == NULL))
2187                         break;
2188
2189                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2190                         continue;
2191
2192                 /*
2193                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2194                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2195                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2196                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2197                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2198                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2199                  * properly.
2200                  */
2201                 if (likely(!cold))
2202                         list_add(&page->lru, list);
2203                 else
2204                         list_add_tail(&page->lru, list);
2205                 list = &page->lru;
2206                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2207                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2208                                               -(1 << order));
2209         }
2210         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2211         spin_unlock(&zone->lock);
2212         return i;
2213 }
2214
2215 #ifdef CONFIG_NUMA
2216 /*
2217  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2218  * currently executing processor on remote nodes after they have
2219  * expired.
2220  *
2221  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2222  * a single processor.
2223  */
2224 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2225 {
2226         unsigned long flags;
2227         int to_drain, batch;
2228
2229         local_irq_save(flags);
2230         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2231         to_drain = min(pcp->count, batch);
2232         if (to_drain > 0) {
2233                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2234                 pcp->count -= to_drain;
2235         }
2236         local_irq_restore(flags);
2237 }
2238 #endif
2239
2240 /*
2241  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2242  *
2243  * The processor must either be the current processor and the
2244  * thread pinned to the current processor or a processor that
2245  * is not online.
2246  */
2247 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2248 {
2249         unsigned long flags;
2250         struct per_cpu_pageset *pset;
2251         struct per_cpu_pages *pcp;
2252
2253         local_irq_save(flags);
2254         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2255
2256         pcp = &pset->pcp;
2257         if (pcp->count) {
2258                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2259                 pcp->count = 0;
2260         }
2261         local_irq_restore(flags);
2262 }
2263
2264 /*
2265  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2266  *
2267  * The processor must either be the current processor and the
2268  * thread pinned to the current processor or a processor that
2269  * is not online.
2270  */
2271 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2272 {
2273         struct zone *zone;
2274
2275         for_each_populated_zone(zone) {
2276                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2277         }
2278 }
2279
2280 /*
2281  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2282  *
2283  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2284  * the single zone's pages.
2285  */
2286 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2287 {
2288         int cpu = smp_processor_id();
2289
2290         if (zone)
2291                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2292         else
2293                 drain_pages(cpu);
2294 }
2295
2296 /*
2297  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2298  *
2299  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2300  *
2301  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2302  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2303  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2304  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2305  * before the call to on_each_cpu_mask().
2306  */
2307 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2308 {
2309         int cpu;
2310
2311         /*
2312          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2313          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2314          */
2315         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2316
2317         /*
2318          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2319          * as offline notification will cause the notified
2320          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2321          * disables preemption as part of its processing
2322          */
2323         for_each_online_cpu(cpu) {
2324                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2325                 struct zone *z;
2326                 bool has_pcps = false;
2327
2328                 if (zone) {
2329                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2330                         if (pcp->pcp.count)
2331                                 has_pcps = true;
2332                 } else {
2333                         for_each_populated_zone(z) {
2334                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2335                                 if (pcp->pcp.count) {
2336                                         has_pcps = true;
2337                                         break;
2338                                 }
2339                         }
2340                 }
2341
2342                 if (has_pcps)
2343                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2344                 else
2345                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2346         }
2347         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2348                                                                 zone, 1);
2349 }
2350
2351 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2352
2353 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2354 {
2355         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2356         unsigned long flags;
2357         unsigned int order, t;
2358         struct page *page;
2359
2360         if (zone_is_empty(zone))
2361                 return;
2362
2363         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2364
2365         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2366         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2367                 if (pfn_valid(pfn)) {
2368                         page = pfn_to_page(pfn);
2369
2370                         if (page_zone(page) != zone)
2371                                 continue;
2372
2373                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2374                                 swsusp_unset_page_free(page);
2375                 }
2376
2377         for_each_migratetype_order(order, t) {
2378                 list_for_each_entry(page,
2379                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2380                         unsigned long i;
2381
2382                         pfn = page_to_pfn(page);
2383                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2384                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2385                 }
2386         }
2387         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2388 }
2389 #endif /* CONFIG_PM */
2390
2391 /*
2392  * Free a 0-order page
2393  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2394  */
2395 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2396 {
2397         struct zone *zone = page_zone(page);
2398         struct per_cpu_pages *pcp;
2399         unsigned long flags;
2400         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2401         int migratetype;
2402
2403         if (!free_pcp_prepare(page))
2404                 return;
2405
2406         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2407         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2408         local_irq_save(flags);
2409         __count_vm_event(PGFREE);
2410
2411         /*
2412          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2413          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2414          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2415          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2416          * excessively into the page allocator
2417          */
2418         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2419                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2420                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2421                         goto out;
2422                 }
2423                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2424         }
2425
2426         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2427         if (!cold)
2428                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2429         else
2430                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2431         pcp->count++;
2432         if (pcp->count >= pcp->high) {
2433                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2434                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2435                 pcp->count -= batch;
2436         }
2437
2438 out:
2439         local_irq_restore(flags);
2440 }
2441
2442 /*
2443  * Free a list of 0-order pages
2444  */
2445 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2446 {
2447         struct page *page, *next;
2448
2449         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2450                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2451                 free_hot_cold_page(page, cold);
2452         }
2453 }
2454
2455 /*
2456  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2457  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2458  * Each sub-page must be freed individually.
2459  *
2460  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2461  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2462  */
2463 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2464 {
2465         int i;
2466         gfp_t gfp_mask;
2467
2468         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2469         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2470
2471 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2472         /*
2473          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2474          * otherwise free the whole shadow.
2475          */
2476         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2477                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2478 #endif
2479
2480         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2481         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2482         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2483                 set_page_refcounted(page + i);
2484                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2485         }
2486 }
2487 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2488
2489 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2490 {
2491         unsigned long watermark;
2492         struct zone *zone;
2493         int mt;
2494
2495         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2496
2497         zone = page_zone(page);
2498         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2499
2500         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2501                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2502                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2503                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2504                         return 0;
2505
2506                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2507         }
2508
2509         /* Remove page from free list */
2510         list_del(&page->lru);
2511         zone->free_area[order].nr_free--;
2512         rmv_page_order(page);
2513
2514         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2515
2516         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2517         if (order >= pageblock_order - 1) {
2518                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2519                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2520                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2521                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2522                                 set_pageblock_migratetype(page,
2523                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2524                 }
2525         }
2526
2527
2528         return 1UL << order;
2529 }
2530
2531 /*
2532  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2533  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2534  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2535  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2536  * are enabled.
2537  *
2538  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2539  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2540  */
2541 int split_free_page(struct page *page)
2542 {
2543         unsigned int order;
2544         int nr_pages;
2545
2546         order = page_order(page);
2547
2548         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2549         if (!nr_pages)
2550                 return 0;
2551
2552         /* Split into individual pages */
2553         set_page_refcounted(page);
2554         split_page(page, order);
2555         return nr_pages;
2556 }
2557
2558 /*
2559  * Update NUMA hit/miss statistics
2560  *
2561  * Must be called with interrupts disabled.
2562  *
2563  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2564  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2565  * memory on behalf of other processes.
2566  */
2567 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2568                                                                 gfp_t flags)
2569 {
2570 #ifdef CONFIG_NUMA
2571         int local_nid = numa_node_id();
2572         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2573
2574         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2575                 local_stat = NUMA_OTHER;
2576                 local_nid = preferred_zone->node;
2577         }
2578
2579         if (z->node == local_nid) {
2580                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2581                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2582         } else {
2583                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2584                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2585         }
2586 #endif
2587 }
2588
2589 /*
2590  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2591  */
2592 static inline
2593 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2594                         struct zone *zone, unsigned int order,
2595                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2596                         int migratetype)
2597 {
2598         unsigned long flags;
2599         struct page *page;
2600         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2601
2602         if (likely(order == 0)) {
2603                 struct per_cpu_pages *pcp;
2604                 struct list_head *list;
2605
2606                 local_irq_save(flags);
2607                 do {
2608                         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2609                         list = &pcp->lists[migratetype];
2610                         if (list_empty(list)) {
2611                                 pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2612                                                 pcp->batch, list,
2613                                                 migratetype, cold);
2614                                 if (unlikely(list_empty(list)))
2615                                         goto failed;
2616                         }
2617
2618                         if (cold)
2619                                 page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2620                         else
2621                                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2622                 } while (page && check_new_pcp(page));
2623
2624                 __dec_zone_state(zone, NR_ALLOC_BATCH);
2625                 list_del(&page->lru);
2626                 pcp->count--;
2627         } else {
2628                 /*
2629                  * We most definitely don't want callers attempting to
2630                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2631                  */
2632                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2633                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2634
2635                 do {
2636                         page = NULL;
2637                         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2638                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2639                                 if (page)
2640                                         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2641                         }
2642                         if (!page)
2643                                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2644                 } while (page && check_new_pages(page, order));
2645                 spin_unlock(&zone->lock);
2646                 if (!page)
2647                         goto failed;
2648                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2649                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2650                                           get_pcppage_migratetype(page));
2651         }
2652
2653         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2654             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2655                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2656
2657         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2658         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2659         local_irq_restore(flags);
2660
2661         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2662         return page;
2663
2664 failed:
2665         local_irq_restore(flags);
2666         return NULL;
2667 }
2668
2669 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2670
2671 static struct {
2672         struct fault_attr attr;
2673
2674         bool ignore_gfp_highmem;
2675         bool ignore_gfp_reclaim;
2676         u32 min_order;
2677 } fail_page_alloc = {
2678         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2679         .ignore_gfp_reclaim = true,
2680         .ignore_gfp_highmem = true,
2681         .min_order = 1,
2682 };
2683
2684 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2685 {
2686         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2687 }
2688 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2689
2690 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2691 {
2692         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2693                 return false;
2694         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2695                 return false;
2696         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2697                 return false;
2698         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2699                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2700                 return false;
2701
2702         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2703 }
2704
2705 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2706
2707 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2708 {
2709         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2710         struct dentry *dir;
2711
2712         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2713                                         &fail_page_alloc.attr);
2714         if (IS_ERR(dir))
2715                 return PTR_ERR(dir);
2716
2717         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2718                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2719                 goto fail;
2720         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2721                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2722                 goto fail;
2723         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2724                                 &fail_page_alloc.min_order))
2725                 goto fail;
2726
2727         return 0;
2728 fail:
2729         debugfs_remove_recursive(dir);
2730
2731         return -ENOMEM;
2732 }
2733
2734 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2735
2736 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2737
2738 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2739
2740 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2741 {
2742         return false;
2743 }
2744
2745 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2746
2747 /*
2748  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2749  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2750  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2751  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2752  */
2753 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2754                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2755                          long free_pages)
2756 {
2757         long min = mark;
2758         int o;
2759         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2760
2761         /* free_pages may go negative - that's OK */
2762         free_pages -= (1 << order) - 1;
2763
2764         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2765                 min -= min / 2;
2766
2767         /*
2768          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2769          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2770          * atomic reserve but it avoids a search.
2771          */
2772         if (likely(!alloc_harder))
2773                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2774         else
2775                 min -= min / 4;
2776
2777 #ifdef CONFIG_CMA
2778         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2779         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2780                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2781 #endif
2782
2783         /*
2784          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2785          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2786          * even if a suitable page happened to be free.
2787          */
2788         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2789                 return false;
2790
2791         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2792         if (!order)
2793                 return true;
2794
2795         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2796         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2797                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2798                 int mt;
2799
2800                 if (!area->nr_free)
2801                         continue;
2802
2803                 if (alloc_harder)
2804                         return true;
2805
2806                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2807                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2808                                 return true;
2809                 }
2810
2811 #ifdef CONFIG_CMA
2812                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2813                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2814                         return true;
2815                 }
2816 #endif
2817         }
2818         return false;
2819 }
2820
2821 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2822                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2823 {
2824         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2825                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2826 }
2827
2828 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2829                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2830 {
2831         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2832         long cma_pages = 0;
2833
2834 #ifdef CONFIG_CMA
2835         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2836         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2837                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2838 #endif
2839
2840         /*
2841          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2842          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2843          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2844          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2845          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2846          */
2847         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2848                 return true;
2849
2850         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2851                                         free_pages);
2852 }
2853
2854 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2855                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2856 {
2857         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2858
2859         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2860                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2861
2862         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2863                                                                 free_pages);
2864 }
2865
2866 #ifdef CONFIG_NUMA
2867 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2868 {
2869         return local_zone->node == zone->node;
2870 }
2871
2872 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2873 {
2874         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2875                                 RECLAIM_DISTANCE;
2876 }
2877 #else   /* CONFIG_NUMA */
2878 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2879 {
2880         return true;
2881 }
2882
2883 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2884 {
2885         return true;
2886 }
2887 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2888
2889 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2890 {
2891         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2892
2893         do {
2894                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2895                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2896                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2897                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2898         } while (zone++ != preferred_zone);
2899 }
2900
2901 /*
2902  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2903  * a page.
2904  */
2905 static struct page *
2906 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2907                                                 const struct alloc_context *ac)
2908 {
2909         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2910         struct zone *zone;
2911         bool fair_skipped = false;
2912         bool apply_fair = (alloc_flags & ALLOC_FAIR);
2913
2914 zonelist_scan:
2915         /*
2916          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2917          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2918          */
2919         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2920                                                                 ac->nodemask) {
2921                 struct page *page;
2922                 unsigned long mark;
2923
2924                 if (cpusets_enabled() &&
2925                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2926                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2927                                 continue;
2928                 /*
2929                  * Distribute pages in proportion to the individual
2930                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2931                  * page was allocated in should have no effect on the
2932                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2933                  */
2934                 if (apply_fair) {
2935                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2936                                 fair_skipped = true;
2937                                 continue;
2938                         }
2939                         if (!zone_local(ac->preferred_zoneref->zone, zone)) {
2940                                 if (fair_skipped)
2941                                         goto reset_fair;
2942                                 apply_fair = false;
2943                         }
2944                 }
2945                 /*
2946                  * When allocating a page cache page for writing, we
2947                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2948                  * limit, such that no single zone holds more than its
2949                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2950                  * The dirty limits take into account the zone's
2951                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2952                  * should be able to balance it without having to
2953                  * write pages from its LRU list.
2954                  *
2955                  * This may look like it could increase pressure on
2956                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2957                  * before they are full.  But the pages that do spill
2958                  * over are limited as the lower zones are protected
2959                  * by this very same mechanism.  It should not become
2960                  * a practical burden to them.
2961                  *
2962                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2963                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2964                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2965                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2966                  * zones are together not big enough to reach the
2967                  * global limit.  The proper fix for these situations
2968                  * will require awareness of zones in the
2969                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2970                  */
2971                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2972                         continue;
2973
2974                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2975                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
2976                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
2977                         int ret;
2978
2979                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2980                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2981                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2982                                 goto try_this_zone;
2983
2984                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2985                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
2986                                 continue;
2987
2988                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2989                         switch (ret) {
2990                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2991                                 /* did not scan */
2992                                 continue;
2993                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2994                                 /* scanned but unreclaimable */
2995                                 continue;
2996                         default:
2997                                 /* did we reclaim enough */
2998                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2999                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3000                                         goto try_this_zone;
3001
3002                                 continue;
3003                         }
3004                 }
3005
3006 try_this_zone:
3007                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3008                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3009                 if (page) {
3010                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3011
3012                         /*
3013                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3014                          * if the pageblock should be reserved for the future
3015                          */
3016                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3017                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3018
3019                         return page;
3020                 }
3021         }
3022
3023         /*
3024          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
3025          * local node.  However, the local node might have free pages left
3026          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
3027          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
3028          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
3029          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
3030          */
3031         if (fair_skipped) {
3032 reset_fair:
3033                 apply_fair = false;
3034                 fair_skipped = false;
3035                 reset_alloc_batches(ac->preferred_zoneref->zone);
3036                 goto zonelist_scan;
3037         }
3038
3039         return NULL;
3040 }
3041
3042 /*
3043  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3044  * meminfo in irq context.
3045  */
3046 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3047 {
3048         bool ret = false;
3049
3050 #if NODES_SHIFT > 8
3051         ret = in_interrupt();
3052 #endif
3053         return ret;
3054 }
3055
3056 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
3057                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3058                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3059
3060 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
3061 {
3062         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3063
3064         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3065             debug_guardpage_minorder() > 0)
3066                 return;
3067
3068         /*
3069          * This documents exceptions given to allocations in certain
3070          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3071          * of allowed nodes.
3072          */
3073         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3074                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3075                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3076                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3077         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3078                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3079
3080         if (fmt) {
3081                 struct va_format vaf;
3082                 va_list args;
3083
3084                 va_start(args, fmt);
3085
3086                 vaf.fmt = fmt;
3087                 vaf.va = &args;
3088
3089                 pr_warn("%pV", &vaf);
3090
3091                 va_end(args);
3092         }
3093
3094         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
3095                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
3096         dump_stack();
3097         if (!should_suppress_show_mem())
3098                 show_mem(filter);
3099 }
3100
3101 static inline struct page *
3102 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3103         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3104 {
3105         struct oom_control oc = {
3106                 .zonelist = ac->zonelist,
3107                 .nodemask = ac->nodemask,
3108                 .gfp_mask = gfp_mask,
3109                 .order = order,
3110         };
3111         struct page *page;
3112
3113         *did_some_progress = 0;
3114
3115         /*
3116          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3117          * making progress for us.
3118          */
3119         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3120                 *did_some_progress = 1;
3121                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3122                 return NULL;
3123         }
3124
3125         /*
3126          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3127          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3128          * we're still under heavy pressure.
3129          */
3130         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3131                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3132         if (page)
3133                 goto out;
3134
3135         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3136                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3137                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3138                         goto out;
3139                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3140                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3141                         goto out;
3142                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3143                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3144                         goto out;
3145                 if (pm_suspended_storage())
3146                         goto out;
3147                 /*
3148                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3149                  * other request to make a forward progress.
3150                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3151                  * do much for this context but let's try it to at least get
3152                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
3153                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3154                  * failures more gracefully we should just bail out here.
3155                  */
3156
3157                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3158                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3159                         goto out;
3160         }
3161         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3162         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3163                 *did_some_progress = 1;
3164
3165                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3166                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3167                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
3168                         /*
3169                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3170                          * are depleted
3171                          */
3172                         if (!page)
3173                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3174                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3175                 }
3176         }
3177 out:
3178         mutex_unlock(&oom_lock);
3179         return page;
3180 }
3181
3182
3183 /*
3184  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3185  * killer is consider as the only way to move forward.
3186  */
3187 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3188
3189 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3190 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3191 static struct page *
3192 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3193                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3194                 enum migrate_mode mode, enum compact_result *compact_result)
3195 {
3196         struct page *page;
3197         int contended_compaction;
3198
3199         if (!order)
3200                 return NULL;
3201
3202         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3203         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3204                                                 mode, &contended_compaction);
3205         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3206
3207         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3208                 return NULL;
3209
3210         /*
3211          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3212          * count a compaction stall
3213          */
3214         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3215
3216         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3217                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3218
3219         if (page) {
3220                 struct zone *zone = page_zone(page);
3221
3222                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3223                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3224                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3225                 return page;
3226         }
3227
3228         /*
3229          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3230          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3231          */
3232         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3233
3234         /*
3235          * In all zones where compaction was attempted (and not
3236          * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3237          * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3238          * so we fallback to base pages instead.
3239          */
3240         if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3241                 *compact_result = COMPACT_CONTENDED;
3242
3243         /*
3244          * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3245          * want to further increase allocation latency, unless it is
3246          * khugepaged trying to collapse.
3247          */
3248         if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3249                 && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3250                 *compact_result = COMPACT_CONTENDED;
3251
3252         cond_resched();
3253
3254         return NULL;
3255 }
3256
3257 static inline bool
3258 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3259                      enum compact_result compact_result, enum migrate_mode *migrate_mode,
3260                      int compaction_retries)
3261 {
3262         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3263
3264         if (!order)
3265                 return false;
3266
3267         /*
3268          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3269          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3270          * failure could be caused by weak migration mode.
3271          */
3272         if (compaction_failed(compact_result)) {
3273                 if (*migrate_mode == MIGRATE_ASYNC) {
3274                         *migrate_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3275                         return true;
3276                 }
3277                 return false;
3278         }
3279
3280         /*
3281          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3282          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3283          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3284          * compaction.
3285          */
3286         if (compaction_withdrawn(compact_result))
3287                 return compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3288
3289         /*
3290          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3291          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3292          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3293          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3294          * would need much more detailed feedback from compaction to
3295          * make a better decision.
3296          */
3297         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3298                 max_retries /= 4;
3299         if (compaction_retries <= max_retries)
3300                 return true;
3301
3302         return false;
3303 }
3304 #else
3305 static inline struct page *
3306 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3307                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3308                 enum migrate_mode mode, enum compact_result *compact_result)
3309 {
3310         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3311         return NULL;
3312 }
3313
3314 static inline bool
3315 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3316                      enum compact_result compact_result,
3317                      enum migrate_mode *migrate_mode,
3318                      int compaction_retries)
3319 {
3320         struct zone *zone;
3321         struct zoneref *z;
3322
3323         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3324                 return false;
3325
3326         /*
3327          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3328          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3329          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3330          * watermarks are OK.
3331          */
3332         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3333                                         ac->nodemask) {
3334                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3335                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3336                         return true;
3337         }
3338         return false;
3339 }
3340 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3341
3342 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3343 static int
3344 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3345                                         const struct alloc_context *ac)
3346 {
3347         struct reclaim_state reclaim_state;
3348         int progress;
3349
3350         cond_resched();
3351
3352         /* We now go into synchronous reclaim */
3353         cpuset_memory_pressure_bump();
3354         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3355         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3356         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3357         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3358
3359         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3360                                                                 ac->nodemask);
3361
3362         current->reclaim_state = NULL;
3363         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3364         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3365
3366         cond_resched();
3367
3368         return progress;
3369 }
3370
3371 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3372 static inline struct page *
3373 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3374                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3375                 unsigned long *did_some_progress)
3376 {
3377         struct page *page = NULL;
3378         bool drained = false;
3379
3380         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3381         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3382                 return NULL;
3383
3384 retry:
3385         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3386                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3387
3388         /*
3389          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3390          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3391          * Shrink them them and try again
3392          */
3393         if (!page && !drained) {
3394                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3395                 drain_all_pages(NULL);
3396                 drained = true;
3397                 goto retry;
3398         }
3399
3400         return page;
3401 }
3402
3403 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3404 {
3405         struct zoneref *z;
3406         struct zone *zone;
3407
3408         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3409                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
3410                 wakeup_kswapd(zone, order, ac_classzone_idx(ac));
3411 }
3412
3413 static inline unsigned int
3414 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3415 {
3416         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3417
3418         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3419         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3420
3421         /*
3422          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3423          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3424          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3425          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3426          */
3427         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3428
3429         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3430                 /*
3431                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3432                  * if it can't schedule.
3433                  */
3434                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3435                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3436                 /*
3437                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3438                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3439                  */
3440                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3441         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3442                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3443
3444         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3445                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3446                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3447                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3448                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3449                 else if (!in_interrupt() &&
3450                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3451                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3452                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3453         }
3454 #ifdef CONFIG_CMA
3455         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3456                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3457 #endif
3458         return alloc_flags;
3459 }
3460
3461 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3462 {
3463         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3464 }
3465
3466 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3467 {
3468         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3469 }
3470
3471 /*
3472  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3473  * is consider as the only way to move forward.
3474  */
3475 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3476
3477 /*
3478  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3479  * for the given allocation request.
3480  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3481  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3482  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3483  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3484  * no_progress_loops).
3485  *
3486  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3487  */
3488 static inline bool
3489 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3490                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3491                      bool did_some_progress, int no_progress_loops)
3492 {
3493         struct zone *zone;
3494         struct zoneref *z;
3495
3496         /*
3497          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3498          * several times in the row.
3499          */
3500         if (no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3501                 return false;
3502
3503         /*
3504          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead somewhere.
3505          * If none of the target zones can satisfy our allocation request even
3506          * if all reclaimable pages are considered then we are screwed and have
3507          * to go OOM.
3508          */
3509         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3510                                         ac->nodemask) {
3511                 unsigned long available;
3512                 unsigned long reclaimable;
3513
3514                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3515                 available -= DIV_ROUND_UP(no_progress_loops * available,
3516                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3517                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3518
3519                 /*
3520                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3521                  * available?
3522                  */
3523                 if (__zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark_pages(zone),
3524                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available)) {
3525                         /*
3526                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3527                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3528                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3529                          * prevent from pre mature OOM
3530                          */
3531                         if (!did_some_progress) {
3532                                 unsigned long writeback;
3533                                 unsigned long dirty;
3534
3535                                 writeback = zone_page_state_snapshot(zone,
3536                                                                      NR_WRITEBACK);
3537                                 dirty = zone_page_state_snapshot(zone, NR_FILE_DIRTY);
3538
3539                                 if (2*(writeback + dirty) > reclaimable) {
3540                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3541                                         return true;
3542                                 }
3543                         }
3544
3545                         /*
3546                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3547                          * context and the current implementation of the WQ
3548                          * concurrency control doesn't recognize that
3549                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3550                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3551                          * do a short sleep here rather than calling
3552                          * cond_resched().
3553                          */
3554                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3555                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3556                         else
3557                                 cond_resched();
3558
3559                         return true;
3560                 }
3561         }
3562
3563         return false;
3564 }
3565
3566 static inline struct page *
3567 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3568                                                 struct alloc_context *ac)
3569 {
3570         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3571         struct page *page = NULL;
3572         unsigned int alloc_flags;
3573         unsigned long did_some_progress;
3574         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3575         enum compact_result compact_result;
3576         int compaction_retries = 0;
3577         int no_progress_loops = 0;
3578
3579         /*
3580          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3581          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3582          * be using allocators in order of preference for an area that is
3583          * too large.
3584          */
3585         if (order >= MAX_ORDER) {
3586                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3587                 return NULL;
3588         }
3589
3590         /*
3591          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3592          * callers that are not in atomic context.
3593          */
3594         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3595                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3596                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3597
3598 retry:
3599         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3600                 wake_all_kswapds(order, ac);
3601
3602         /*
3603          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3604          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3605          * to how we want to proceed.
3606          */
3607         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3608
3609         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3610         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3611                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3612         if (page)
3613                 goto got_pg;
3614
3615         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3616         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3617                 /*
3618                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3619                  * the allocation is high priority and these type of
3620                  * allocations are system rather than user orientated
3621                  */
3622                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3623                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3624                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3625                 if (page)
3626                         goto got_pg;
3627         }
3628
3629         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3630         if (!can_direct_reclaim) {
3631                 /*
3632                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3633                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3634                  * to fail.
3635                  */
3636                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3637                 goto nopage;
3638         }
3639
3640         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3641         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3642                 /*
3643                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3644                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3645                  * for somebody to do a work for us.
3646                  */
3647                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3648                         cond_resched();
3649                         goto retry;
3650                 }
3651                 goto nopage;
3652         }
3653
3654         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3655         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3656                 goto nopage;
3657
3658         /*
3659          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3660          * attempts after direct reclaim are synchronous
3661          */
3662         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3663                                         migration_mode,
3664                                         &compact_result);
3665         if (page)
3666                 goto got_pg;
3667
3668         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3669         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3670                 /*
3671                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3672                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3673                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3674                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3675                  * instead of entering direct reclaim.
3676                  */
3677                 if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3678                         goto nopage;
3679
3680                 /*
3681                  * Compaction is contended so rather back off than cause
3682                  * excessive stalls.
3683                  */
3684                 if(compact_result == COMPACT_CONTENDED)
3685                         goto nopage;
3686         }
3687
3688         if (order && compaction_made_progress(compact_result))
3689                 compaction_retries++;
3690
3691         /* Try direct reclaim and then allocating */
3692         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3693                                                         &did_some_progress);
3694         if (page)
3695                 goto got_pg;
3696
3697         /* Do not loop if specifically requested */
3698         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3699                 goto noretry;
3700
3701         /*
3702          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3703          * __GFP_REPEAT
3704          */
3705         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3706                 goto noretry;
3707
3708         /*
3709          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3710          * their order will become available due to high fragmentation so
3711          * always increment the no progress counter for them
3712          */
3713         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3714                 no_progress_loops = 0;
3715         else
3716                 no_progress_loops++;
3717
3718         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3719                                  did_some_progress > 0, no_progress_loops))
3720                 goto retry;
3721
3722         /*
3723          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3724          * reclaim is not able to make any progress because the current
3725          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3726          * of free memory (see __compaction_suitable)
3727          */
3728         if (did_some_progress > 0 &&
3729                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3730                                 compact_result, &migration_mode,
3731                                 compaction_retries))
3732                 goto retry;
3733
3734         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3735         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3736         if (page)
3737                 goto got_pg;
3738
3739         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3740         if (did_some_progress) {
3741                 no_progress_loops = 0;
3742                 goto retry;
3743         }
3744
3745 noretry:
3746         /*
3747          * High-order allocations do not necessarily loop after direct reclaim
3748          * and reclaim/compaction depends on compaction being called after
3749          * reclaim so call directly if necessary.
3750          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3751          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3752          * khugepaged trying to collapse. All other requests should tolerate
3753          * at least light sync migration.
3754          */
3755         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask) && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3756                 migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3757         else
3758                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3759         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3760                                             ac, migration_mode,
3761                                             &compact_result);
3762         if (page)
3763                 goto got_pg;
3764 nopage:
3765         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3766 got_pg:
3767         return page;
3768 }
3769
3770 /*
3771  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3772  */
3773 struct page *
3774 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3775                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3776 {
3777         struct page *page;
3778         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3779         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_FAIR;
3780         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3781         struct alloc_context ac = {
3782                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3783                 .zonelist = zonelist,
3784                 .nodemask = nodemask,
3785                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3786         };
3787
3788         if (cpusets_enabled()) {
3789                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3790                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3791                 if (!ac.nodemask)
3792                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3793         }
3794
3795         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3796
3797         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3798
3799         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3800
3801         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3802                 return NULL;
3803
3804         /*
3805          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3806          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3807          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3808          */
3809         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3810                 return NULL;
3811
3812         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3813                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3814
3815 retry_cpuset:
3816         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3817
3818         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3819         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3820
3821         /* The preferred zone is used for statistics later */
3822         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3823                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3824         if (!ac.preferred_zoneref) {
3825                 page = NULL;
3826                 goto no_zone;
3827         }
3828
3829         /* First allocation attempt */
3830         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3831         if (likely(page))
3832                 goto out;
3833
3834         /*
3835          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3836          * because I/O on the device might not complete.
3837          */
3838         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3839         ac.spread_dirty_pages = false;
3840
3841         /*
3842          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3843          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3844          */
3845         if (cpusets_enabled())
3846                 ac.nodemask = nodemask;
3847         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3848
3849 no_zone:
3850         /*
3851          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3852          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3853          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3854          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3855          */
3856         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3857                 alloc_mask = gfp_mask;
3858                 goto retry_cpuset;
3859         }
3860
3861 out:
3862         if (kmemcheck_enabled && page)
3863                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3864
3865         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3866
3867         return page;
3868 }
3869 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3870
3871 /*
3872  * Common helper functions.
3873  */
3874 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3875 {
3876         struct page *page;
3877
3878         /*
3879          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3880          * a highmem page
3881          */
3882         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3883
3884         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3885         if (!page)
3886                 return 0;
3887         return (unsigned long) page_address(page);
3888 }
3889 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3890
3891 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3892 {
3893         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3894 }
3895 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3896
3897 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3898 {
3899         if (put_page_testzero(page)) {
3900                 if (order == 0)
3901                         free_hot_cold_page(page, false);
3902                 else
3903                         __free_pages_ok(page, order);
3904         }
3905 }
3906
3907 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3908
3909 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3910 {
3911         if (addr != 0) {
3912                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3913                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3914         }
3915 }
3916
3917 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3918
3919 /*
3920  * Page Fragment:
3921  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3922  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3923  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3924  *
3925  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3926  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3927  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3928  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3929  */
3930 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3931                                        gfp_t gfp_mask)
3932 {
3933         struct page *page = NULL;
3934         gfp_t gfp = gfp_mask;
3935
3936 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3937         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3938                     __GFP_NOMEMALLOC;
3939         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3940                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3941         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3942 #endif
3943         if (unlikely(!page))
3944                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3945
3946         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3947
3948         return page;
3949 }
3950
3951 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3952                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3953 {
3954         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3955         struct page *page;
3956         int offset;
3957
3958         if (unlikely(!nc->va)) {
3959 refill:
3960                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3961                 if (!page)
3962                         return NULL;
3963
3964 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3965                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3966                 size = nc->size;
3967 #endif
3968                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3969                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3970                  */
3971                 page_ref_add(page, size - 1);
3972
3973                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3974                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3975                 nc->pagecnt_bias = size;
3976                 nc->offset = size;
3977         }
3978
3979         offset = nc->offset - fragsz;
3980         if (unlikely(offset < 0)) {
3981                 page = virt_to_page(nc->va);
3982
3983                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3984                         goto refill;
3985
3986 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3987                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3988                 size = nc->size;
3989 #endif
3990                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3991                 set_page_count(page, size);
3992
3993                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3994                 nc->pagecnt_bias = size;
3995                 offset = size - fragsz;
3996         }
3997
3998         nc->pagecnt_bias--;
3999         nc->offset = offset;
4000
4001         return nc->va + offset;
4002 }
4003 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
4004
4005 /*
4006  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4007  */
4008 void __free_page_frag(void *addr)
4009 {
4010         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4011
4012         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4013                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4014 }
4015 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
4016
4017 /*
4018  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
4019  * of the current memory cgroup if __GFP_ACCOUNT is set, other than that it is
4020  * equivalent to alloc_pages.
4021  *
4022  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
4023  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
4024  */
4025 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4026 {
4027         struct page *page;
4028
4029         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4030         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
4031                 __free_pages(page, order);
4032                 page = NULL;
4033         }
4034         return page;
4035 }
4036
4037 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4038 {
4039         struct page *page;
4040
4041         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4042         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
4043                 __free_pages(page, order);
4044                 page = NULL;
4045         }
4046         return page;
4047 }
4048
4049 /*
4050  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
4051  * alloc_kmem_pages.
4052  */
4053 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
4054 {
4055         memcg_kmem_uncharge(page, order);
4056         __free_pages(page, order);
4057 }
4058
4059 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4060 {
4061         if (addr != 0) {
4062                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4063                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4064         }
4065 }
4066
4067 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4068                 size_t size)
4069 {
4070         if (addr) {
4071                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4072                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4073
4074                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4075                 while (used < alloc_end) {
4076                         free_page(used);
4077                         used += PAGE_SIZE;
4078                 }
4079         }
4080         return (void *)addr;
4081 }
4082
4083 /**
4084  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4085  * @size: the number of bytes to allocate
4086  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4087  *
4088  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4089  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4090  * allocate memory in power-of-two pages.
4091  *
4092  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4093  *
4094  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4095  */
4096 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4097 {
4098         unsigned int order = get_order(size);
4099         unsigned long addr;
4100
4101         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4102         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4103 }
4104 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4105
4106 /**
4107  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4108  *                         pages on a node.
4109  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4110  * @size: the number of bytes to allocate
4111  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4112  *
4113  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4114  * back.
4115  */
4116 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4117 {
4118         unsigned int order = get_order(size);
4119         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4120         if (!p)
4121                 return NULL;
4122         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4123 }
4124
4125 /**
4126  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4127  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4128  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4129  *
4130  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4131  */
4132 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4133 {
4134         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4135         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4136
4137         while (addr < end) {
4138                 free_page(addr);
4139                 addr += PAGE_SIZE;
4140         }
4141 }
4142 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4143
4144 /**
4145  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4146  * @offset: The zone index of the highest zone
4147  *
4148  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4149  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4150  * zone, the number of pages is calculated as:
4151  *     managed_pages - high_pages
4152  */
4153 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4154 {
4155         struct zoneref *z;
4156         struct zone *zone;
4157
4158         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4159         unsigned long sum = 0;
4160
4161         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4162
4163         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4164                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4165                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4166                 if (size > high)
4167                         sum += size - high;
4168         }
4169
4170         return sum;
4171 }
4172
4173 /**
4174  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4175  *
4176  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4177  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4178  */
4179 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4180 {
4181         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4182 }
4183 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4184
4185 /**
4186  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4187  *
4188  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4189  * high watermark within all zones.
4190  */
4191 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4192 {
4193         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4194 }
4195
4196 static inline void show_node(struct zone *zone)
4197 {
4198         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4199                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4200 }
4201
4202 long si_mem_available(void)
4203 {
4204         long available;
4205         unsigned long pagecache;
4206         unsigned long wmark_low = 0;
4207         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4208         struct zone *zone;
4209         int lru;
4210
4211         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4212                 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4213
4214         for_each_zone(zone)
4215                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4216
4217         /*
4218          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4219          * without causing swapping.
4220          */
4221         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4222
4223         /*
4224          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4225          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4226          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4227          */
4228         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4229         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4230         available += pagecache;
4231
4232         /*
4233          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4234          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4235          */
4236         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4237                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4238
4239         if (available < 0)
4240                 available = 0;
4241         return available;
4242 }
4243 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4244
4245 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4246 {
4247         val->totalram = totalram_pages;
4248         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
4249         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4250         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4251         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4252         val->freehigh = nr_free_highpages();
4253         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4254 }
4255
4256 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4257
4258 #ifdef CONFIG_NUMA
4259 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4260 {
4261         int zone_type;          /* needs to be signed */
4262         unsigned long managed_pages = 0;
4263         unsigned long managed_highpages = 0;
4264         unsigned long free_highpages = 0;
4265         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4266
4267         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4268                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4269         val->totalram = managed_pages;
4270         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
4271         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4272 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4273         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4274                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4275
4276                 if (is_highmem(zone)) {
4277                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4278                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4279                 }
4280         }
4281         val->totalhigh = managed_highpages;
4282         val->freehigh = free_highpages;
4283 #else
4284         val->totalhigh = managed_highpages;
4285         val->freehigh = free_highpages;
4286 #endif
4287         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4288 }
4289 #endif
4290
4291 /*
4292  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4293  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4294  */
4295 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
4296 {
4297         bool ret = false;
4298         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4299
4300         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4301                 goto out;
4302
4303         do {
4304                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4305                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
4306         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
4307 out:
4308         return ret;
4309 }
4310
4311 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4312
4313 static void show_migration_types(unsigned char type)
4314 {
4315         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4316                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4317                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4318                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4319                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4320 #ifdef CONFIG_CMA
4321                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4322 #endif
4323 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4324                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4325 #endif
4326         };
4327         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4328         char *p = tmp;
4329         int i;
4330
4331         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4332                 if (type & (1 << i))
4333                         *p++ = types[i];
4334         }
4335
4336         *p = '\0';
4337         printk("(%s) ", tmp);
4338 }
4339
4340 /*
4341  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4342  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4343  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4344  *
4345  * Bits in @filter:
4346  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4347  *   cpuset.
4348  */
4349 void show_free_areas(unsigned int filter)
4350 {
4351         unsigned long free_pcp = 0;
4352         int cpu;
4353         struct zone *zone;
4354
4355         for_each_populated_zone(zone) {
4356                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4357                         continue;
4358
4359                 for_each_online_cpu(cpu)
4360                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4361         }
4362
4363         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4364                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4365                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4366                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4367                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4368                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4369                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4370                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4371                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4372                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4373                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4374                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4375                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4376                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4377                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
4378                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4379                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4380                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4381                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4382                 global_page_state(NR_SHMEM),
4383                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4384                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4385                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4386                 free_pcp,
4387                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4388
4389         for_each_populated_zone(zone) {
4390                 int i;
4391
4392                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4393                         continue;
4394
4395                 free_pcp = 0;
4396                 for_each_online_cpu(cpu)
4397                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4398
4399                 show_node(zone);
4400                 printk("%s"
4401                         " free:%lukB"
4402                         " min:%lukB"
4403                         " low:%lukB"
4404                         " high:%lukB"
4405                         " active_anon:%lukB"
4406                         " inactive_anon:%lukB"
4407                         " active_file:%lukB"
4408                         " inactive_file:%lukB"
4409                         " unevictable:%lukB"
4410                         " isolated(anon):%lukB"
4411                         " isolated(file):%lukB"
4412                         " present:%lukB"
4413                         " managed:%lukB"
4414                         " mlocked:%lukB"
4415                         " dirty:%lukB"
4416                         " writeback:%lukB"
4417                         " mapped:%lukB"
4418                         " shmem:%lukB"
4419                         " slab_reclaimable:%lukB"
4420                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4421                         " kernel_stack:%lukB"
4422                         " pagetables:%lukB"
4423                         " unstable:%lukB"
4424                         " bounce:%lukB"
4425                         " free_pcp:%lukB"
4426                         " local_pcp:%ukB"
4427                         " free_cma:%lukB"
4428                         " writeback_tmp:%lukB"
4429                         " pages_scanned:%lu"
4430                         " all_unreclaimable? %s"
4431                         "\n",
4432                         zone->name,
4433                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4434                         K(min_wmark_pages(zone)),
4435                         K(low_wmark_pages(zone)),
4436                         K(high_wmark_pages(zone)),
4437                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
4438                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
4439                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
4440                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
4441                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
4442                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
4443                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
4444                         K(zone->present_pages),
4445                         K(zone->managed_pages),
4446                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4447                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
4448                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
4449                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
4450                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
4451                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4452                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4453                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
4454                                 THREAD_SIZE / 1024,
4455                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4456                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
4457                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4458                         K(free_pcp),
4459                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4460                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
4461                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4462                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
4463                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
4464                         );
4465                 printk("lowmem_reserve[]:");
4466                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4467                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4468                 printk("\n");
4469         }
4470
4471         for_each_populated_zone(zone) {
4472                 unsigned int order;
4473                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4474                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4475
4476                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4477                         continue;
4478                 show_node(zone);
4479                 printk("%s: ", zone->name);
4480
4481                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4482                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4483                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4484                         int type;
4485
4486                         nr[order] = area->nr_free;
4487                         total += nr[order] << order;
4488
4489                         types[order] = 0;
4490                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4491                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4492                                         types[order] |= 1 << type;
4493                         }
4494                 }
4495                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4496                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4497                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4498                         if (nr[order])
4499                                 show_migration_types(types[order]);
4500                 }
4501                 printk("= %lukB\n", K(total));
4502         }
4503
4504         hugetlb_show_meminfo();
4505
4506         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
4507
4508         show_swap_cache_info();
4509 }
4510
4511 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4512 {
4513         zoneref->zone = zone;
4514         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4515 }
4516
4517 /*
4518  * Builds allocation fallback zone lists.
4519  *
4520  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4521  */
4522 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4523                                 int nr_zones)
4524 {
4525         struct zone *zone;
4526         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4527
4528         do {
4529                 zone_type--;
4530                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4531                 if (populated_zone(zone)) {
4532                         zoneref_set_zone(zone,
4533                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4534                         check_highest_zone(zone_type);
4535                 }
4536         } while (zone_type);
4537
4538         return nr_zones;
4539 }
4540
4541
4542 /*
4543  *  zonelist_order:
4544  *  0 = automatic detection of better ordering.
4545  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4546  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4547  *
4548  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4549  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4550  */
4551 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4552 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4553 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4554
4555 /* zonelist order in the kernel.
4556  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4557  */
4558 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4559 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4560
4561
4562 #ifdef CONFIG_NUMA
4563 /* The value user specified ....changed by config */
4564 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4565 /* string for sysctl */
4566 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4567 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4568
4569 /*
4570  * interface for configure zonelist ordering.
4571  * command line option "numa_zonelist_order"
4572  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4573  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4574  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4575  */
4576
4577 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4578 {
4579         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4580                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4581         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4582                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4583         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4584                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4585         } else {
4586                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4587                 return -EINVAL;
4588         }
4589         return 0;
4590 }
4591
4592 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4593 {
4594         int ret;
4595
4596         if (!s)
4597                 return 0;
4598
4599         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4600         if (ret == 0)
4601                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4602
4603         return ret;
4604 }
4605 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4606
4607 /*
4608  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4609  */
4610 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4611                 void __user *buffer, size_t *length,
4612                 loff_t *ppos)
4613 {
4614         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4615         int ret;
4616         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4617
4618         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4619         if (write) {
4620                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4621                         ret = -EINVAL;
4622                         goto out;
4623                 }
4624                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4625         }
4626         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4627         if (ret)
4628                 goto out;
4629         if (write) {
4630                 int oldval = user_zonelist_order;
4631
4632                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4633                 if (ret) {
4634                         /*
4635                          * bogus value.  restore saved string
4636                          */
4637                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4638                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4639                         user_zonelist_order = oldval;
4640                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4641                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4642                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4643                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4644                 }
4645         }
4646 out:
4647         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4648         return ret;
4649 }
4650
4651
4652 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4653 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4654
4655 /**
4656  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4657  * @node: node whose fallback list we're appending
4658  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4659  *
4660  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4661  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4662  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4663  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4664  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4665  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4666  * on them otherwise.
4667  * It returns -1 if no node is found.
4668  */
4669 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4670 {
4671         int n, val;
4672         int min_val = INT_MAX;
4673         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4674         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4675
4676         /* Use the local node if we haven't already */
4677         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4678                 node_set(node, *used_node_mask);
4679                 return node;
4680         }
4681
4682         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4683
4684                 /* Don't want a node to appear more than once */
4685                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4686                         continue;
4687
4688                 /* Use the distance array to find the distance */
4689                 val = node_distance(node, n);
4690
4691                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4692                 val += (n < node);
4693
4694                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4695                 tmp = cpumask_of_node(n);
4696                 if (!cpumask_empty(tmp))
4697                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4698
4699                 /* Slight preference for less loaded node */
4700                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4701                 val += node_load[n];
4702
4703                 if (val < min_val) {
4704                         min_val = val;
4705                         best_node = n;
4706                 }
4707         }
4708
4709         if (best_node >= 0)
4710                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4711
4712         return best_node;
4713 }
4714
4715
4716 /*
4717  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4718  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4719  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4720  */
4721 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4722 {
4723         int j;
4724         struct zonelist *zonelist;
4725
4726         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4727         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4728                 ;
4729         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4730         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4731         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4732 }
4733
4734 /*
4735  * Build gfp_thisnode zonelists
4736  */
4737 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4738 {
4739         int j;
4740         struct zonelist *zonelist;
4741
4742         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4743         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4744         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4745         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4746 }
4747
4748 /*
4749  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4750  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4751  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4752  * may still exist in local DMA zone.
4753  */
4754 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4755
4756 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4757 {
4758         int pos, j, node;
4759         int zone_type;          /* needs to be signed */
4760         struct zone *z;
4761         struct zonelist *zonelist;
4762
4763         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4764         pos = 0;
4765         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4766                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4767                         node = node_order[j];
4768                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4769                         if (populated_zone(z)) {
4770                                 zoneref_set_zone(z,
4771                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4772                                 check_highest_zone(zone_type);
4773                         }
4774                 }
4775         }
4776         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4777         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4778 }
4779
4780 #if defined(CONFIG_64BIT)
4781 /*
4782  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4783  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4784  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4785  */
4786 static int default_zonelist_order(void)
4787 {
4788         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4789 }
4790 #else
4791 /*
4792  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4793  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4794  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4795  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4796  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4797  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4798  */
4799 static int default_zonelist_order(void)
4800 {
4801         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4802 }
4803 #endif /* CONFIG_64BIT */
4804
4805 static void set_zonelist_order(void)
4806 {
4807         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4808                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4809         else
4810                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4811 }
4812
4813 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4814 {
4815         int i, node, load;
4816         nodemask_t used_mask;
4817         int local_node, prev_node;
4818         struct zonelist *zonelist;
4819         unsigned int order = current_zonelist_order;
4820
4821         /* initialize zonelists */
4822         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4823                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4824                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4825                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4826         }
4827
4828         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4829         local_node = pgdat->node_id;
4830         load = nr_online_nodes;
4831         prev_node = local_node;
4832         nodes_clear(used_mask);
4833
4834         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4835         i = 0;
4836
4837         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4838                 /*
4839                  * We don't want to pressure a particular node.
4840                  * So adding penalty to the first node in same
4841                  * distance group to make it round-robin.
4842                  */
4843                 if (node_distance(local_node, node) !=
4844                     node_distance(local_node, prev_node))
4845                         node_load[node] = load;
4846
4847                 prev_node = node;
4848                 load--;
4849                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4850                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4851                 else
4852                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4853         }
4854
4855         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4856                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4857                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4858         }
4859
4860         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4861 }
4862
4863 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4864 /*
4865  * Return node id of node used for "local" allocations.
4866  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4867  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4868  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4869  */
4870 int local_memory_node(int node)
4871 {
4872         struct zoneref *z;
4873
4874         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4875                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4876                                    NULL);
4877         return z->zone->node;
4878 }
4879 #endif
4880
4881 #else   /* CONFIG_NUMA */
4882
4883 static void set_zonelist_order(void)
4884 {
4885         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4886 }
4887
4888 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4889 {
4890         int node, local_node;
4891         enum zone_type j;
4892         struct zonelist *zonelist;
4893
4894         local_node = pgdat->node_id;
4895
4896         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4897         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4898
4899         /*
4900          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4901          * of all the other nodes.
4902          * We don't want to pressure a particular node, so when
4903          * building the zones for node N, we make sure that the
4904          * zones coming right after the local ones are those from
4905          * node N+1 (modulo N)
4906          */
4907         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4908                 if (!node_online(node))
4909                         continue;
4910                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4911         }
4912         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4913                 if (!node_online(node))
4914                         continue;
4915                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4916         }
4917
4918         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4919         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4920 }
4921
4922 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4923
4924 /*
4925  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4926  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4927  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4928  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4929  * with interrupts disabled.
4930  *
4931  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4932  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4933  * hotplugged processors.
4934  *
4935  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4936  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4937  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4938  */
4939 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4940 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4941 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4942
4943 /*
4944  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4945  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4946  */
4947 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4948
4949 /* return values int ....just for stop_machine() */
4950 static int __build_all_zonelists(void *data)
4951 {
4952         int nid;
4953         int cpu;
4954         pg_data_t *self = data;
4955
4956 #ifdef CONFIG_NUMA
4957         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4958 #endif
4959
4960         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4961                 build_zonelists(self);
4962         }
4963
4964         for_each_online_node(nid) {
4965                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4966
4967                 build_zonelists(pgdat);
4968         }
4969
4970         /*
4971          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4972          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4973          * each zone will be allocated later when the per cpu
4974          * allocator is available.
4975          *
4976          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4977          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4978          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4979          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4980          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4981          * (a chicken-egg dilemma).
4982          */
4983         for_each_possible_cpu(cpu) {
4984                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4985
4986 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4987                 /*
4988                  * We now know the "local memory node" for each node--
4989                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4990                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4991                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4992                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4993                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4994                  */
4995                 if (cpu_online(cpu))
4996                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4997 #endif
4998         }
4999
5000         return 0;
5001 }
5002
5003 static noinline void __init
5004 build_all_zonelists_init(void)
5005 {
5006         __build_all_zonelists(NULL);
5007         mminit_verify_zonelist();
5008         cpuset_init_current_mems_allowed();
5009 }
5010
5011 /*
5012  * Called with zonelists_mutex held always
5013  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5014  *
5015  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
5016  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
5017  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5018  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5019  */
5020 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5021 {
5022         set_zonelist_order();
5023
5024         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5025                 build_all_zonelists_init();
5026         } else {
5027 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5028                 if (zone)
5029                         setup_zone_pageset(zone);
5030 #endif
5031                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5032                    of zonelist */
5033                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5034                 /* cpuset refresh routine should be here */
5035         }
5036         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5037         /*
5038          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5039          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5040          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5041          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5042          * disabled and enable it later
5043          */
5044         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5045                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5046         else
5047                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5048
5049         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5050                 nr_online_nodes,
5051                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5052                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5053                 vm_total_pages);
5054 #ifdef CONFIG_NUMA
5055         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5056 #endif
5057 }
5058
5059 /*
5060  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
5061  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
5062  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
5063  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
5064  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
5065  * conservative, even though it seems large.
5066  *
5067  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
5068  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
5069  */
5070 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
5071
5072 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5073 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5074 {
5075         unsigned long size = 1;
5076
5077         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
5078
5079         while (size < pages)
5080                 size <<= 1;
5081
5082         /*
5083          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
5084          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
5085          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
5086          */
5087         size = min(size, 4096UL);
5088
5089         return max(size, 4UL);
5090 }
5091 #else
5092 /*
5093  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
5094  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
5095  *
5096  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
5097  *
5098  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
5099  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
5100  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
5101  *
5102  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
5103  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
5104  *
5105  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
5106  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
5107  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
5108  */
5109 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5110 {
5111         return 4096UL;
5112 }
5113 #endif
5114
5115 /*
5116  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
5117  * to extract the more random high bits from the multiplicative
5118  * hash function before the remainder is taken.
5119  */
5120 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
5121 {
5122         return ffz(~size);
5123 }
5124
5125 /*
5126  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5127  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5128  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5129  */
5130 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5131                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5132 {
5133         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5134         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5135         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5136         unsigned long pfn;
5137         unsigned long nr_initialised = 0;
5138 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5139         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5140 #endif
5141
5142         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5143                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5144
5145         /*
5146          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5147          * memory
5148          */
5149         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5150                 start_pfn += altmap->reserve;
5151
5152         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5153                 /*
5154                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5155                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5156                  */
5157                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5158                         goto not_early;
5159
5160                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5161                         continue;
5162                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5163                         continue;
5164                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5165                         break;
5166
5167 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5168                 /*
5169                  * If not mirrored_kernelcore and ZONE_MOVABLE exists, range
5170                  * from zone_movable_pfn[nid] to end of each node should be
5171                  * ZONE_MOVABLE not ZONE_NORMAL. skip it.
5172                  */
5173                 if (!mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid])
5174                         if (zone == ZONE_NORMAL && pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5175                                 continue;
5176
5177                 /*
5178                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5179                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5180                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5181                  */
5182                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5183                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5184                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5185                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5186                                                 break;
5187                                 r = tmp;
5188                         }
5189                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5190                             memblock_is_mirror(r)) {
5191                                 /* already initialized as NORMAL */
5192                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5193                                 continue;
5194                         }
5195                 }
5196 #endif
5197
5198 not_early:
5199                 /*
5200                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5201                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5202                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5203                  * the address space during boot when many long-lived
5204                  * kernel allocations are made.
5205                  *
5206                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5207                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5208                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5209                  * pfn out of zone.
5210                  */
5211                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5212                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5213
5214                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5215                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5216                 } else {
5217                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5218                 }
5219         }
5220 }
5221
5222 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5223 {
5224         unsigned int order, t;
5225         for_each_migratetype_order(order, t) {
5226                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5227                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5228         }
5229 }
5230
5231 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5232 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5233         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5234 #endif
5235
5236 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5237 {
5238 #ifdef CONFIG_MMU
5239         int batch;
5240
5241         /*
5242          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5243          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5244          *
5245          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5246          */
5247         batch = zone->managed_pages / 1024;
5248         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5249                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5250         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5251         if (batch < 1)
5252                 batch = 1;
5253
5254         /*
5255          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5256          * of 2 value was found to be more likely to have
5257          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5258          *
5259          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5260          * batches of pages, one task can end up with a lot
5261          * of pages of one half of the possible page colors
5262          * and the other with pages of the other colors.
5263          */
5264         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5265
5266         return batch;
5267
5268 #else
5269         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5270          * conditions.
5271          *
5272          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5273          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5274          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5275          *
5276          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5277          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5278          * can be a significant delay between the individual batches being
5279          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5280          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5281          */
5282         return 0;
5283 #endif
5284 }
5285
5286 /*
5287  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5288  * ->batch must never be higher then ->high.
5289  * The following function updates them in a safe manner without read side
5290  * locking.
5291  *
5292  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5293  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5294  *
5295  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5296  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5297  * exist).
5298  */
5299 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5300                 unsigned long batch)
5301 {
5302        /* start with a fail safe value for batch */
5303         pcp->batch = 1;
5304         smp_wmb();
5305
5306        /* Update high, then batch, in order */
5307         pcp->high = high;
5308         smp_wmb();
5309
5310         pcp->batch = batch;
5311 }
5312
5313 /* a companion to pageset_set_high() */
5314 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5315 {
5316         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5317 }
5318
5319 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5320 {
5321         struct per_cpu_pages *pcp;
5322         int migratetype;
5323
5324         memset(p, 0, sizeof(*p));
5325
5326         pcp = &p->pcp;
5327         pcp->count = 0;
5328         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5329                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5330 }
5331
5332 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5333 {
5334         pageset_init(p);
5335         pageset_set_batch(p, batch);
5336 }
5337
5338 /*
5339  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5340  * to the value high for the pageset p.
5341  */
5342 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5343                                 unsigned long high)
5344 {
5345         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5346         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5347                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5348
5349         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5350 }
5351
5352 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5353                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5354 {
5355         if (percpu_pagelist_fraction)
5356                 pageset_set_high(pcp,
5357                         (zone->managed_pages /
5358                                 percpu_pagelist_fraction));
5359         else
5360                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5361 }
5362
5363 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5364 {
5365         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5366
5367         pageset_init(pcp);
5368         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5369 }
5370
5371 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5372 {
5373         int cpu;
5374         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5375         for_each_possible_cpu(cpu)
5376                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5377 }
5378
5379 /*
5380  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5381  * Before this call only boot pagesets were available.
5382  */
5383 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5384 {
5385         struct zone *zone;
5386
5387         for_each_populated_zone(zone)
5388                 setup_zone_pageset(zone);
5389 }
5390
5391 static noinline __init_refok
5392 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
5393 {
5394         int i;
5395         size_t alloc_size;
5396
5397         /*
5398          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
5399          * per zone.
5400          */
5401         zone->wait_table_hash_nr_entries =
5402                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
5403         zone->wait_table_bits =
5404                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
5405         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
5406                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
5407
5408         if (!slab_is_available()) {
5409                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
5410                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
5411                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
5412         } else {
5413                 /*
5414                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
5415                  * via memory hot-add.
5416                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
5417                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
5418                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
5419                  * node itself as well.
5420                  * To use this new node's memory, further consideration will be
5421                  * necessary.
5422                  */
5423                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
5424         }
5425         if (!zone->wait_table)
5426                 return -ENOMEM;
5427
5428         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
5429                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
5430
5431         return 0;
5432 }
5433
5434 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5435 {
5436         /*
5437          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5438          * relies on the ability of the linker to provide the
5439          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5440          */
5441         zone->pageset = &boot_pageset;
5442
5443         if (populated_zone(zone))
5444                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5445                         zone->name, zone->present_pages,
5446                                          zone_batchsize(zone));
5447 }
5448
5449 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5450                                         unsigned long zone_start_pfn,
5451                                         unsigned long size)
5452 {
5453         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5454         int ret;
5455         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5456         if (ret)
5457                 return ret;
5458         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5459
5460         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5461
5462         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5463                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5464                         pgdat->node_id,
5465                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5466                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5467
5468         zone_init_free_lists(zone);
5469
5470         return 0;
5471 }
5472
5473 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5474 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5475
5476 /*
5477  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5478  */
5479 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5480                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5481 {
5482         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5483         int nid;
5484
5485         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5486                 return state->last_nid;
5487
5488         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5489         if (nid != -1) {
5490                 state->last_start = start_pfn;
5491                 state->last_end = end_pfn;
5492                 state->last_nid = nid;
5493         }
5494
5495         return nid;
5496 }
5497 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5498
5499 /**
5500  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5501  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5502  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5503  *
5504  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5505  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5506  * memblock_free_early_nid() manually.
5507  */
5508 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5509 {
5510         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5511         int i, this_nid;
5512
5513         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5514                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5515                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5516
5517                 if (start_pfn < end_pfn)
5518                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5519                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5520                                         this_nid);
5521         }
5522 }
5523
5524 /**
5525  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5526  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5527  *
5528  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5529  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5530  */
5531 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5532 {
5533         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5534         int i, this_nid;
5535
5536         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5537                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5538 }
5539
5540 /**
5541  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5542  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5543  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5544  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5545  *
5546  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5547  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5548  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5549  * PFNs will be 0.
5550  */
5551 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5552                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5553 {
5554         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5555         int i;
5556
5557         *start_pfn = -1UL;
5558         *end_pfn = 0;
5559
5560         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5561                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5562                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5563         }
5564
5565         if (*start_pfn == -1UL)
5566                 *start_pfn = 0;
5567 }
5568
5569 /*
5570  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5571  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5572  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5573  */
5574 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5575 {
5576         int zone_index;
5577         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5578                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5579                         continue;
5580
5581                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5582                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5583                         break;
5584         }
5585
5586         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5587         movable_zone = zone_index;
5588 }
5589
5590 /*
5591  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5592  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5593  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5594  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5595  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5596  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5597  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5598  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5599  */
5600 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5601                                         unsigned long zone_type,
5602                                         unsigned long node_start_pfn,
5603                                         unsigned long node_end_pfn,
5604                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5605                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5606 {
5607         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5608         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5609                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5610                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5611                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5612                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5613                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5614
5615                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5616                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5617                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5618         }
5619 }
5620
5621 /*
5622  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5623  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5624  */
5625 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5626                                         unsigned long zone_type,
5627                                         unsigned long node_start_pfn,
5628                                         unsigned long node_end_pfn,
5629                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5630                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5631                                         unsigned long *ignored)
5632 {
5633         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5634         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5635                 return 0;
5636
5637         /* Get the start and end of the zone */
5638         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5639         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5640         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5641                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5642                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5643
5644         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5645         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5646                 return 0;
5647
5648         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5649         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5650         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5651
5652         /* Return the spanned pages */
5653         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5654 }
5655
5656 /*
5657  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5658  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5659  */
5660 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5661                                 unsigned long range_start_pfn,
5662                                 unsigned long range_end_pfn)
5663 {
5664         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5665         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5666         int i;
5667
5668         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5669                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5670                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5671                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5672         }
5673         return nr_absent;
5674 }
5675
5676 /**
5677  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5678  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5679  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5680  *
5681  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5682  */
5683 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5684                                                         unsigned long end_pfn)
5685 {
5686         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5687 }
5688
5689 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5690 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5691                                         unsigned long zone_type,
5692                                         unsigned long node_start_pfn,
5693                                         unsigned long node_end_pfn,
5694                                         unsigned long *ignored)
5695 {
5696         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5697         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5698         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5699         unsigned long nr_absent;
5700
5701         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5702         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5703                 return 0;
5704
5705         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5706         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5707
5708         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5709                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5710                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5711         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5712
5713         /*
5714          * ZONE_MOVABLE handling.
5715          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5716          * and vice versa.
5717          */
5718         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5719                 if (mirrored_kernelcore) {
5720                         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5721                         struct memblock_region *r;
5722
5723                         for_each_memblock(memory, r) {
5724                                 start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5725                                                   zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5726                                 end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5727                                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5728
5729                                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5730                                     memblock_is_mirror(r))
5731                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5732
5733                                 if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5734                                     !memblock_is_mirror(r))
5735                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5736                         }
5737                 } else {
5738                         if (zone_type == ZONE_NORMAL)
5739                                 nr_absent += node_end_pfn - zone_movable_pfn[nid];
5740                 }
5741         }
5742
5743         return nr_absent;
5744 }
5745
5746 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5747 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5748                                         unsigned long zone_type,
5749                                         unsigned long node_start_pfn,
5750                                         unsigned long node_end_pfn,
5751                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5752                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5753                                         unsigned long *zones_size)
5754 {
5755         unsigned int zone;
5756
5757         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5758         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5759                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5760
5761         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5762
5763         return zones_size[zone_type];
5764 }
5765
5766 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5767                                                 unsigned long zone_type,
5768                                                 unsigned long node_start_pfn,
5769                                                 unsigned long node_end_pfn,
5770                                                 unsigned long *zholes_size)
5771 {
5772         if (!zholes_size)
5773                 return 0;
5774
5775         return zholes_size[zone_type];
5776 }
5777
5778 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5779
5780 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5781                                                 unsigned long node_start_pfn,
5782                                                 unsigned long node_end_pfn,
5783                                                 unsigned long *zones_size,
5784                                                 unsigned long *zholes_size)
5785 {
5786         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5787         enum zone_type i;
5788
5789         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5790                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5791                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5792                 unsigned long size, real_size;
5793
5794                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5795                                                   node_start_pfn,
5796                                                   node_end_pfn,
5797                                                   &zone_start_pfn,
5798                                                   &zone_end_pfn,
5799                                                   zones_size);
5800                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5801                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5802                                                   zholes_size);
5803                 if (size)
5804                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5805                 else
5806                         zone->zone_start_pfn = 0;
5807                 zone->spanned_pages = size;
5808                 zone->present_pages = real_size;
5809
5810                 totalpages += size;
5811                 realtotalpages += real_size;
5812         }
5813
5814         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5815         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5816         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5817                                                         realtotalpages);
5818 }
5819
5820 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5821 /*
5822  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5823  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5824  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5825  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5826  * bytes.
5827  */
5828 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5829 {
5830         unsigned long usemapsize;
5831
5832         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5833         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5834         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5835         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5836         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5837
5838         return usemapsize / 8;
5839 }
5840
5841 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5842                                 struct zone *zone,
5843                                 unsigned long zone_start_pfn,
5844                                 unsigned long zonesize)
5845 {
5846         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5847         zone->pageblock_flags = NULL;
5848         if (usemapsize)
5849                 zone->pageblock_flags =
5850                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5851                                                          pgdat->node_id);
5852 }
5853 #else
5854 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5855                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5856 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5857
5858 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5859
5860 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5861 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5862 {
5863         unsigned int order;
5864
5865         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5866         if (pageblock_order)
5867                 return;
5868
5869         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5870                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5871         else
5872                 order = MAX_ORDER - 1;
5873
5874         /*
5875          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5876          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5877          * powerpc.
5878          */
5879         pageblock_order = order;
5880 }
5881 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5882
5883 /*
5884  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5885  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5886  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5887  * the kernel config
5888  */
5889 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5890 {
5891 }
5892
5893 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5894
5895 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5896                                                    unsigned long present_pages)
5897 {
5898         unsigned long pages = spanned_pages;
5899
5900         /*
5901          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5902          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5903          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5904          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5905          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5906          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5907          */
5908         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5909             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5910                 pages = present_pages;
5911
5912         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5913 }
5914
5915 /*
5916  * Set up the zone data structures:
5917  *   - mark all pages reserved
5918  *   - mark all memory queues empty
5919  *   - clear the memory bitmaps
5920  *
5921  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5922  */
5923 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5924 {
5925         enum zone_type j;
5926         int nid = pgdat->node_id;
5927         int ret;
5928
5929         pgdat_resize_init(pgdat);
5930 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5931         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5932         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5933         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5934 #endif
5935 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5936         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5937         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5938         pgdat->split_queue_len = 0;
5939 #endif
5940         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5941         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5942 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5943         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5944 #endif
5945         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5946
5947         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5948                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5949                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5950                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5951
5952                 size = zone->spanned_pages;
5953                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5954
5955                 /*
5956                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5957                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5958                  * and per-cpu initialisations
5959                  */
5960                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5961                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5962                         if (freesize >= memmap_pages) {
5963                                 freesize -= memmap_pages;
5964                                 if (memmap_pages)
5965                                         printk(KERN_DEBUG
5966                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5967                                                zone_names[j], memmap_pages);
5968                         } else
5969                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5970                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5971                 }
5972
5973                 /* Account for reserved pages */
5974                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5975                         freesize -= dma_reserve;
5976                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5977                                         zone_names[0], dma_reserve);
5978                 }
5979
5980                 if (!is_highmem_idx(j))
5981                         nr_kernel_pages += freesize;
5982                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5983                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5984                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5985                 nr_all_pages += freesize;
5986
5987                 /*
5988                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5989                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5990                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5991                  */
5992                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5993 #ifdef CONFIG_NUMA
5994                 zone->node = nid;
5995                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5996                                                 / 100;
5997                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5998 #endif
5999                 zone->name = zone_names[j];
6000                 spin_lock_init(&zone->lock);
6001                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
6002                 zone_seqlock_init(zone);
6003                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6004                 zone_pcp_init(zone);
6005
6006                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
6007                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
6008
6009                 lruvec_init(&zone->lruvec);
6010                 if (!size)
6011                         continue;
6012
6013                 set_pageblock_order();
6014                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6015                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6016                 BUG_ON(ret);
6017                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6018         }
6019 }
6020
6021 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6022 {
6023         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6024         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6025
6026         /* Skip empty nodes */
6027         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6028                 return;
6029
6030 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6031         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6032         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6033         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6034         if (!pgdat->node_mem_map) {
6035                 unsigned long size, end;
6036                 struct page *map;
6037
6038                 /*
6039                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6040                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6041                  * for the buddy allocator to function correctly.
6042                  */
6043                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6044                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6045                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6046                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6047                 if (!map)
6048                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6049                                                                pgdat->node_id);
6050                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6051         }
6052 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6053         /*
6054          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6055          */
6056         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6057                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6058 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6059                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6060                         mem_map -= offset;
6061 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6062         }
6063 #endif
6064 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6065 }
6066
6067 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6068                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6069 {
6070         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6071         unsigned long start_pfn = 0;
6072         unsigned long end_pfn = 0;
6073
6074         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6075         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
6076
6077         reset_deferred_meminit(pgdat);
6078         pgdat->node_id = nid;
6079         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6080 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6081         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6082         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6083                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6084                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6085 #else
6086         start_pfn = node_start_pfn;
6087 #endif
6088         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6089                                   zones_size, zholes_size);
6090
6091         alloc_node_mem_map(pgdat);
6092 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6093         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6094                 nid, (unsigned long)pgdat,
6095                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6096 #endif
6097
6098         free_area_init_core(pgdat);
6099 }
6100
6101 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6102
6103 #if MAX_NUMNODES > 1
6104 /*
6105  * Figure out the number of possible node ids.
6106  */
6107 void __init setup_nr_node_ids(void)
6108 {
6109         unsigned int highest;
6110
6111         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6112         nr_node_ids = highest + 1;
6113 }
6114 #endif
6115
6116 /**
6117  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6118  *
6119  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6120  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6121  * all the nodes.
6122  *
6123  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6124  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6125  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6126  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6127  *
6128  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6129  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6130  * populated node map.
6131  *
6132  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6133  * requirement (single node).
6134  */
6135 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6136 {
6137         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6138         unsigned long start, end, mask;
6139         int last_nid = -1;
6140         int i, nid;
6141
6142         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6143                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6144                         last_nid = nid;
6145                         last_end = end;
6146                         continue;
6147                 }
6148
6149                 /*
6150                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6151                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6152                  * too coarse to separate the current node from the last.
6153                  */
6154                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6155                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6156                         mask <<= 1;
6157
6158                 /* accumulate all internode masks */
6159                 accl_mask |= mask;
6160         }
6161
6162         /* convert mask to number of pages */
6163         return ~accl_mask + 1;
6164 }
6165
6166 /* Find the lowest pfn for a node */
6167 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6168 {
6169         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6170         unsigned long start_pfn;
6171         int i;
6172
6173         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6174                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6175
6176         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6177                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6178                 return 0;
6179         }
6180
6181         return min_pfn;
6182 }
6183
6184 /**
6185  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6186  *
6187  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6188  * memblock_set_node().
6189  */
6190 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6191 {
6192         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6193 }
6194
6195 /*
6196  * early_calculate_totalpages()
6197  * Sum pages in active regions for movable zone.
6198  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6199  */
6200 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6201 {
6202         unsigned long totalpages = 0;
6203         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6204         int i, nid;
6205
6206         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6207                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6208
6209                 totalpages += pages;
6210                 if (pages)
6211                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6212         }
6213         return totalpages;
6214 }
6215
6216 /*
6217  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6218  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6219  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6220  * others
6221  */
6222 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6223 {
6224         int i, nid;
6225         unsigned long usable_startpfn;
6226         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6227         /* save the state before borrow the nodemask */
6228         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6229         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6230         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6231         struct memblock_region *r;
6232
6233         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6234         find_usable_zone_for_movable();
6235
6236         /*
6237          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6238          * options.
6239          */
6240         if (movable_node_is_enabled()) {
6241                 for_each_memblock(memory, r) {
6242                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6243                                 continue;
6244
6245                         nid = r->nid;
6246
6247                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6248                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6249                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6250                                 usable_startpfn;
6251                 }
6252
6253                 goto out2;
6254         }
6255
6256         /*
6257          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6258          */
6259         if (mirrored_kernelcore) {
6260                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6261
6262                 for_each_memblock(memory, r) {
6263                         if (memblock_is_mirror(r))
6264                                 continue;
6265
6266                         nid = r->nid;
6267
6268                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6269
6270                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6271                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6272                                 continue;
6273                         }
6274
6275                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6276                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6277                                 usable_startpfn;
6278                 }
6279
6280                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6281                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6282
6283                 goto out2;
6284         }
6285
6286         /*
6287          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6288          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6289          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6290          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6291          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6292          * what movablecore would have allowed.
6293          */
6294         if (required_movablecore) {
6295                 unsigned long corepages;
6296
6297                 /*
6298                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6299                  * was requested by the user
6300                  */
6301                 required_movablecore =
6302                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6303                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6304                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6305
6306                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6307         }
6308
6309         /*
6310          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6311          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6312          */
6313         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6314                 goto out;
6315
6316         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6317         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6318
6319 restart:
6320         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6321         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6322         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6323                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6324
6325                 /*
6326                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6327                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6328                  * amount of memory for the kernel
6329                  */
6330                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6331                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6332
6333                 /*
6334                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6335                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6336                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6337                  */
6338                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6339
6340                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6341                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6342                         unsigned long size_pages;
6343
6344                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6345                         if (start_pfn >= end_pfn)
6346                                 continue;
6347
6348                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6349                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6350                                 unsigned long kernel_pages;
6351                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6352                                                                 - start_pfn;
6353
6354                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6355                                                         kernelcore_remaining);
6356                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6357                                                         required_kernelcore);
6358
6359                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6360                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6361
6362                                         /*
6363                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6364                                          * that if we have to rebalance
6365                                          * kernelcore across nodes, we will
6366                                          * not double account here
6367                                          */
6368                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6369                                         continue;
6370                                 }
6371                                 start_pfn = usable_startpfn;
6372                         }
6373
6374                         /*
6375                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6376                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6377                          * number of pages used as kernelcore
6378                          */
6379                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6380                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6381                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6382                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6383
6384                         /*
6385                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6386                          * break if the kernelcore for this node has been
6387                          * satisfied
6388                          */
6389                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6390                                                                 size_pages);
6391                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6392                         if (!kernelcore_remaining)
6393                                 break;
6394                 }
6395         }
6396
6397         /*
6398          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6399          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6400          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6401          * satisfied
6402          */
6403         usable_nodes--;
6404         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6405                 goto restart;
6406
6407 out2:
6408         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6409         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6410                 zone_movable_pfn[nid] =
6411                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6412
6413 out:
6414         /* restore the node_state */
6415         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6416 }
6417
6418 /* Any regular or high memory on that node ? */
6419 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6420 {
6421         enum zone_type zone_type;
6422
6423         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6424                 return;
6425
6426         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6427                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6428                 if (populated_zone(zone)) {
6429                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6430                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6431                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6432                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6433                         break;
6434                 }
6435         }
6436 }
6437
6438 /**
6439  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6440  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6441  *
6442  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6443  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6444  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6445  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6446  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6447  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6448  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6449  * at arch_max_dma_pfn.
6450  */
6451 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6452 {
6453         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6454         int i, nid;
6455
6456         /* Record where the zone boundaries are */
6457         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6458                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6459         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6460                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6461         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
6462         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
6463         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6464                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6465                         continue;
6466                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
6467                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
6468                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
6469                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
6470         }
6471         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6472         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6473
6474         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6475         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6476         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6477
6478         /* Print out the zone ranges */
6479         pr_info("Zone ranges:\n");
6480         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6481                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6482                         continue;
6483                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6484                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6485                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6486                         pr_cont("empty\n");
6487                 else
6488                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6489                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6490                                         << PAGE_SHIFT,
6491                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6492                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6493         }
6494
6495         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6496         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6497         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6498                 if (zone_movable_pfn[i])
6499                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6500                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6501         }
6502
6503         /* Print out the early node map */
6504         pr_info("Early memory node ranges\n");
6505         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6506                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6507                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6508                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6509
6510         /* Initialise every node */
6511         mminit_verify_pageflags_layout();
6512         setup_nr_node_ids();
6513         for_each_online_node(nid) {
6514                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6515                 free_area_init_node(nid, NULL,
6516                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6517
6518                 /* Any memory on that node */
6519                 if (pgdat->node_present_pages)
6520                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6521                 check_for_memory(pgdat, nid);
6522         }
6523 }
6524
6525 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6526 {
6527         unsigned long long coremem;
6528         if (!p)
6529                 return -EINVAL;
6530
6531         coremem = memparse(p, &p);
6532         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6533
6534         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6535         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6536
6537         return 0;
6538 }
6539
6540 /*
6541  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6542  * cannot be reclaimed or migrated.
6543  */
6544 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6545 {
6546         /* parse kernelcore=mirror */
6547         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6548                 mirrored_kernelcore = true;
6549                 return 0;
6550         }
6551
6552         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6553 }
6554
6555 /*
6556  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6557  * can be reclaimed or migrated.
6558  */
6559 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6560 {
6561         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6562 }
6563
6564 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6565 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6566
6567 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6568
6569 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6570 {
6571         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6572         page_zone(page)->managed_pages += count;
6573         totalram_pages += count;
6574 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6575         if (PageHighMem(page))
6576                 totalhigh_pages += count;
6577 #endif
6578         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6579 }
6580 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6581
6582 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6583 {
6584         void *pos;
6585         unsigned long pages = 0;
6586
6587         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6588         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6589         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6590                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6591                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6592                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6593         }
6594
6595         if (pages && s)
6596                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6597                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6598
6599         return pages;
6600 }
6601 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6602
6603 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6604 void free_highmem_page(struct page *page)
6605 {
6606         __free_reserved_page(page);
6607         totalram_pages++;
6608         page_zone(page)->managed_pages++;
6609         totalhigh_pages++;
6610 }
6611 #endif
6612
6613
6614 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6615 {
6616         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6617         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6618
6619         physpages = get_num_physpages();
6620         codesize = _etext - _stext;
6621         datasize = _edata - _sdata;
6622         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6623         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6624         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6625         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6626
6627         /*
6628          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6629          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6630          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6631          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6632          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6633          */
6634 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6635         do { \
6636                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6637                         size -= adj; \
6638         } while (0)
6639
6640         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6641                      _sinittext, init_code_size);
6642         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6643         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6644         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6645         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6646
6647 #undef  adj_init_size
6648
6649         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6650 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6651                 ", %luK highmem"
6652 #endif
6653                 "%s%s)\n",
6654                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6655                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6656                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6657                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6658                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6659                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6660 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6661                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6662 #endif
6663                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6664 }
6665
6666 /**
6667  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6668  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6669  *
6670  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6671  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6672  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6673  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6674  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6675  * smaller per-cpu batchsize.
6676  */
6677 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6678 {
6679         dma_reserve = new_dma_reserve;
6680 }
6681
6682 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6683 {
6684         free_area_init_node(0, zones_size,
6685                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6686 }
6687
6688 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6689                                  unsigned long action, void *hcpu)
6690 {
6691         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6692
6693         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6694                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6695                 drain_pages(cpu);
6696
6697                 /*
6698                  * Spill the event counters of the dead processor
6699                  * into the current processors event counters.
6700                  * This artificially elevates the count of the current
6701                  * processor.
6702                  */
6703                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6704
6705                 /*
6706                  * Zero the differential counters of the dead processor
6707                  * so that the vm statistics are consistent.
6708                  *
6709                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6710                  * race with what we are doing.
6711                  */
6712                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6713         }
6714         return NOTIFY_OK;
6715 }
6716
6717 void __init page_alloc_init(void)
6718 {
6719         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6720 }
6721
6722 /*
6723  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6724  *      or min_free_kbytes changes.
6725  */
6726 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6727 {
6728         struct pglist_data *pgdat;
6729         unsigned long reserve_pages = 0;
6730         enum zone_type i, j;
6731
6732         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6733                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6734                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6735                         long max = 0;
6736
6737                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6738                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6739                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6740                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6741                         }
6742
6743                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6744                         max += high_wmark_pages(zone);
6745
6746                         if (max > zone->managed_pages)
6747                                 max = zone->managed_pages;
6748
6749                         zone->totalreserve_pages = max;
6750
6751                         reserve_pages += max;
6752                 }
6753         }
6754         totalreserve_pages = reserve_pages;
6755 }
6756
6757 /*
6758  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6759  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6760  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6761  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6762  */
6763 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6764 {
6765         struct pglist_data *pgdat;
6766         enum zone_type j, idx;
6767
6768         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6769                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6770                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6771                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6772
6773                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6774
6775                         idx = j;
6776                         while (idx) {
6777                                 struct zone *lower_zone;
6778
6779                                 idx--;
6780
6781                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6782                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6783
6784                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6785                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6786                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6787                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6788                         }
6789                 }
6790         }
6791
6792         /* update totalreserve_pages */
6793         calculate_totalreserve_pages();
6794 }
6795
6796 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6797 {
6798         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6799         unsigned long lowmem_pages = 0;
6800         struct zone *zone;
6801         unsigned long flags;
6802
6803         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6804         for_each_zone(zone) {
6805                 if (!is_highmem(zone))
6806                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6807         }
6808
6809         for_each_zone(zone) {
6810                 u64 tmp;
6811
6812                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6813                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6814                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6815                 if (is_highmem(zone)) {
6816                         /*
6817                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6818                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6819                          * value here.
6820                          *
6821                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6822                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6823                          * not be capped for highmem.
6824                          */
6825                         unsigned long min_pages;
6826
6827                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6828                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6829                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6830                 } else {
6831                         /*
6832                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6833                          * proportionate to the zone's size.
6834                          */
6835                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6836                 }
6837
6838                 /*
6839                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6840                  * scale factor in proportion to available memory, but
6841                  * ensure a minimum size on small systems.
6842                  */
6843                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6844                             mult_frac(zone->managed_pages,
6845                                       watermark_scale_factor, 10000));
6846
6847                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6848                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6849
6850                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6851                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6852                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6853
6854                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6855         }
6856
6857         /* update totalreserve_pages */
6858         calculate_totalreserve_pages();
6859 }
6860
6861 /**
6862  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6863  * or when memory is hot-{added|removed}
6864  *
6865  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6866  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6867  */
6868 void setup_per_zone_wmarks(void)
6869 {
6870         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6871         __setup_per_zone_wmarks();
6872         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6873 }
6874
6875 /*
6876  * Initialise min_free_kbytes.
6877  *
6878  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6879  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6880  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6881  *
6882  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6883  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6884  *
6885  * which yields
6886  *
6887  * 16MB:        512k
6888  * 32MB:        724k
6889  * 64MB:        1024k
6890  * 128MB:       1448k
6891  * 256MB:       2048k
6892  * 512MB:       2896k
6893  * 1024MB:      4096k
6894  * 2048MB:      5792k
6895  * 4096MB:      8192k
6896  * 8192MB:      11584k
6897  * 16384MB:     16384k
6898  */
6899 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6900 {
6901         unsigned long lowmem_kbytes;
6902         int new_min_free_kbytes;
6903
6904         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6905         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6906
6907         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6908                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6909                 if (min_free_kbytes < 128)
6910                         min_free_kbytes = 128;
6911                 if (min_free_kbytes > 65536)
6912                         min_free_kbytes = 65536;
6913         } else {
6914                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6915                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6916         }
6917         setup_per_zone_wmarks();
6918         refresh_zone_stat_thresholds();
6919         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6920         return 0;
6921 }
6922 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6923
6924 /*
6925  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6926  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6927  *      changes.
6928  */
6929 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6930         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6931 {
6932         int rc;
6933
6934         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6935         if (rc)
6936                 return rc;
6937
6938         if (write) {
6939                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6940                 setup_per_zone_wmarks();
6941         }
6942         return 0;
6943 }
6944
6945 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6946         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6947 {
6948         int rc;
6949
6950         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6951         if (rc)
6952                 return rc;
6953
6954         if (write)
6955                 setup_per_zone_wmarks();
6956
6957         return 0;
6958 }
6959
6960 #ifdef CONFIG_NUMA
6961 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6962         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6963 {
6964         struct zone *zone;
6965         int rc;
6966
6967         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6968         if (rc)
6969                 return rc;
6970
6971         for_each_zone(zone)
6972                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6973                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6974         return 0;
6975 }
6976
6977 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6978         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6979 {
6980         struct zone *zone;
6981         int rc;
6982
6983         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6984         if (rc)
6985                 return rc;
6986
6987         for_each_zone(zone)
6988                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6989                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6990         return 0;
6991 }
6992 #endif
6993
6994 /*
6995  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6996  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6997  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6998  *
6999  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7000  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7001  * if in function of the boot time zone sizes.
7002  */
7003 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7004         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7005 {
7006         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7007         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7008         return 0;
7009 }
7010
7011 /*
7012  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7013  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7014  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7015  */
7016 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7017         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7018 {
7019         struct zone *zone;
7020         int old_percpu_pagelist_fraction;
7021         int ret;
7022
7023         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7024         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7025
7026         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7027         if (!write || ret < 0)
7028                 goto out;
7029
7030         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7031         if (percpu_pagelist_fraction &&
7032             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7033                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7034                 ret = -EINVAL;
7035                 goto out;
7036         }
7037
7038         /* No change? */
7039         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7040                 goto out;
7041
7042         for_each_populated_zone(zone) {
7043                 unsigned int cpu;
7044
7045                 for_each_possible_cpu(cpu)
7046                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7047                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7048         }
7049 out:
7050         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7051         return ret;
7052 }
7053
7054 #ifdef CONFIG_NUMA
7055 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7056
7057 static int __init set_hashdist(char *str)
7058 {
7059         if (!str)
7060                 return 0;
7061         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7062         return 1;
7063 }
7064 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7065 #endif
7066
7067 /*
7068  * allocate a large system hash table from bootmem
7069  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7070  *   quantity of entries
7071  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7072  */
7073 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7074                                      unsigned long bucketsize,
7075                                      unsigned long numentries,
7076                                      int scale,
7077                                      int flags,
7078                                      unsigned int *_hash_shift,
7079                                      unsigned int *_hash_mask,
7080                                      unsigned long low_limit,
7081                                      unsigned long high_limit)
7082 {
7083         unsigned long long max = high_limit;
7084         unsigned long log2qty, size;
7085         void *table = NULL;
7086
7087         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7088         if (!numentries) {
7089                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7090                 numentries = nr_kernel_pages;
7091
7092                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7093                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7094                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7095
7096                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7097                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7098                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7099                 else
7100                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7101
7102                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7103                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7104                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7105                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7106                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7107                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7108                                 BUG_ON(!numentries);
7109                         }
7110                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7111                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7112         }
7113         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7114
7115         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7116         if (max == 0) {
7117                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7118                 do_div(max, bucketsize);
7119         }
7120         max = min(max, 0x80000000ULL);
7121
7122         if (numentries < low_limit)
7123                 numentries = low_limit;
7124         if (numentries > max)
7125                 numentries = max;
7126
7127         log2qty = ilog2(numentries);
7128
7129         do {
7130                 size = bucketsize << log2qty;
7131                 if (flags & HASH_EARLY)
7132                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7133                 else if (hashdist)
7134                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7135                 else {
7136                         /*
7137                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7138                          * some pages at the end of hash table which
7139                          * alloc_pages_exact() automatically does
7140                          */
7141                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7142                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7143                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7144                         }
7145                 }
7146         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7147
7148         if (!table)
7149                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7150
7151         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7152                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7153
7154         if (_hash_shift)
7155                 *_hash_shift = log2qty;
7156         if (_hash_mask)
7157                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7158
7159         return table;
7160 }
7161
7162 /*
7163  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7164  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7165  *
7166  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7167  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7168  * expect this function should be exact.
7169  */
7170 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7171                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7172 {
7173         unsigned long pfn, iter, found;
7174         int mt;
7175
7176         /*
7177          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7178          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7179          */
7180         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7181                 return false;
7182         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7183         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7184                 return false;
7185
7186         pfn = page_to_pfn(page);
7187         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7188                 unsigned long check = pfn + iter;
7189
7190                 if (!pfn_valid_within(check))
7191                         continue;
7192
7193                 page = pfn_to_page(check);
7194
7195                 /*
7196                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7197                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7198                  * handle each tail page individually in migration.
7199                  */
7200                 if (PageHuge(page)) {
7201                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7202                         continue;
7203                 }
7204
7205                 /*
7206                  * We can't use page_count without pin a page
7207                  * because another CPU can free compound page.
7208                  * This check already skips compound tails of THP
7209                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7210                  */
7211                 if (!page_ref_count(page)) {
7212                         if (PageBuddy(page))
7213                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7214                         continue;
7215                 }
7216
7217                 /*
7218                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7219                  * page_count() is not 0.
7220                  */
7221                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7222                         continue;
7223
7224                 if (!PageLRU(page))
7225                         found++;
7226                 /*
7227                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7228                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7229                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7230                  */
7231                 /*
7232                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7233                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7234                  *
7235                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7236                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7237                  * page at boot.
7238                  */
7239                 if (found > count)
7240                         return true;
7241         }
7242         return false;
7243 }
7244
7245 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7246 {
7247         struct zone *zone;
7248         unsigned long pfn;
7249
7250         /*
7251          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7252          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7253          * the zone but still within the section.
7254          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7255          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7256          */
7257         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7258                 return false;
7259
7260         zone = page_zone(page);
7261         pfn = page_to_pfn(page);
7262         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7263                 return false;
7264
7265         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7266 }
7267
7268 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7269
7270 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7271 {
7272         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7273                              pageblock_nr_pages) - 1);
7274 }
7275
7276 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7277 {
7278         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7279                                 pageblock_nr_pages));
7280 }
7281
7282 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7283 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7284                                         unsigned long start, unsigned long end)
7285 {
7286         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7287         unsigned long nr_reclaimed;
7288         unsigned long pfn = start;
7289         unsigned int tries = 0;
7290         int ret = 0;
7291
7292         migrate_prep();
7293
7294         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7295                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7296                         ret = -EINTR;
7297                         break;
7298                 }
7299
7300                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7301                         cc->nr_migratepages = 0;
7302                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7303                         if (!pfn) {
7304                                 ret = -EINTR;
7305                                 break;
7306                         }
7307                         tries = 0;
7308                 } else if (++tries == 5) {
7309                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7310                         break;
7311                 }
7312
7313                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7314                                                         &cc->migratepages);
7315                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7316
7317                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7318                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7319         }
7320         if (ret < 0) {
7321                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7322                 return ret;
7323         }
7324         return 0;
7325 }
7326
7327 /**
7328  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7329  * @start:      start PFN to allocate
7330  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7331  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7332  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7333  *                      in range must have the same migratetype and it must
7334  *                      be either of the two.
7335  *
7336  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7337  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7338  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7339  * pages fall in.
7340  *
7341  * The PFN range must belong to a single zone.
7342  *
7343  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7344  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7345  * need to be freed with free_contig_range().
7346  */
7347 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7348                        unsigned migratetype)
7349 {
7350         unsigned long outer_start, outer_end;
7351         unsigned int order;
7352         int ret = 0;
7353
7354         struct compact_control cc = {
7355                 .nr_migratepages = 0,
7356                 .order = -1,
7357                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7358                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7359                 .ignore_skip_hint = true,
7360         };
7361         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7362
7363         /*
7364          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7365          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7366          * have different sizes, and due to the way page allocator
7367          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7368          * that page allocator won't try to merge buddies from
7369          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7370          * other migration type.
7371          *
7372          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7373          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7374          * we are interested in).  This will put all the pages in
7375          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7376          *
7377          * When this is done, we take the pages in range from page
7378          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7379          * page allocator will never consider using them.
7380          *
7381          * This lets us mark the pageblocks back as
7382          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7383          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7384          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7385          */
7386
7387         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7388                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7389                                        false);
7390         if (ret)
7391                 return ret;
7392
7393         /*
7394          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7395          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7396          */
7397         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7398         if (ret && ret != -EBUSY)
7399                 goto done;
7400
7401         /*
7402          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7403          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7404          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7405          * What we are going to do is to allocate all pages from
7406          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7407          *
7408          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7409          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7410          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7411          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7412          * once this is done free the pages we are not interested in.
7413          *
7414          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7415          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7416          */
7417
7418         lru_add_drain_all();
7419         drain_all_pages(cc.zone);
7420
7421         order = 0;
7422         outer_start = start;
7423         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7424                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7425                         outer_start = start;
7426                         break;
7427                 }
7428                 outer_start &= ~0UL << order;
7429         }
7430
7431         if (outer_start != start) {
7432                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7433
7434                 /*
7435                  * outer_start page could be small order buddy page and
7436                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7437                  * in this case to report failed page properly
7438                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7439                  */
7440                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7441                         outer_start = start;
7442         }
7443
7444         /* Make sure the range is really isolated. */
7445         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7446                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7447                         __func__, outer_start, end);
7448                 ret = -EBUSY;
7449                 goto done;
7450         }
7451
7452         /* Grab isolated pages from freelists. */
7453         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7454         if (!outer_end) {
7455                 ret = -EBUSY;
7456                 goto done;
7457         }
7458
7459         /* Free head and tail (if any) */
7460         if (start != outer_start)
7461                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7462         if (end != outer_end)
7463                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7464
7465 done:
7466         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7467                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7468         return ret;
7469 }
7470
7471 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7472 {
7473         unsigned int count = 0;
7474
7475         for (; nr_pages--; pfn++) {
7476                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7477
7478                 count += page_count(page) != 1;
7479                 __free_page(page);
7480         }
7481         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7482 }
7483 #endif
7484
7485 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7486 /*
7487  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7488  * page high values need to be recalulated.
7489  */
7490 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7491 {
7492         unsigned cpu;
7493         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7494         for_each_possible_cpu(cpu)
7495                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7496                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7497         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7498 }
7499 #endif
7500
7501 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7502 {
7503         unsigned long flags;
7504         int cpu;
7505         struct per_cpu_pageset *pset;
7506
7507         /* avoid races with drain_pages()  */
7508         local_irq_save(flags);
7509         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7510                 for_each_online_cpu(cpu) {
7511                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7512                         drain_zonestat(zone, pset);
7513                 }
7514                 free_percpu(zone->pageset);
7515                 zone->pageset = &boot_pageset;
7516         }
7517         local_irq_restore(flags);
7518 }
7519
7520 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7521 /*
7522  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7523  * before calling this.
7524  */
7525 void
7526 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7527 {
7528         struct page *page;
7529         struct zone *zone;
7530         unsigned int order, i;
7531         unsigned long pfn;
7532         unsigned long flags;
7533         /* find the first valid pfn */
7534         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7535                 if (pfn_valid(pfn))
7536                         break;
7537         if (pfn == end_pfn)
7538                 return;
7539         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7540         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7541         pfn = start_pfn;
7542         while (pfn < end_pfn) {
7543                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7544                         pfn++;
7545                         continue;
7546                 }
7547                 page = pfn_to_page(pfn);
7548                 /*
7549                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7550                  * page_count() is not 0.
7551                  */
7552                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7553                         pfn++;
7554                         SetPageReserved(page);
7555                         continue;
7556                 }
7557
7558                 BUG_ON(page_count(page));
7559                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7560                 order = page_order(page);
7561 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7562                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7563                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7564 #endif
7565                 list_del(&page->lru);
7566                 rmv_page_order(page);
7567                 zone->free_area[order].nr_free--;
7568                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7569                         SetPageReserved((page+i));
7570                 pfn += (1 << order);
7571         }
7572         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7573 }
7574 #endif
7575
7576 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7577 {
7578         struct zone *zone = page_zone(page);
7579         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7580         unsigned long flags;
7581         unsigned int order;
7582
7583         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7584         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7585                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7586
7587                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7588                         break;
7589         }
7590         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7591
7592         return order < MAX_ORDER;
7593 }