]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/blob - mm/page_alloc.c
mm, page_alloc: remove unnecessary local variable in get_page_from_freelist
[karo-tx-linux.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page_ext.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66
67 #include <asm/sections.h>
68 #include <asm/tlbflush.h>
69 #include <asm/div64.h>
70 #include "internal.h"
71
72 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
73 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
74 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
75
76 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
77 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
78 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
79 #endif
80
81 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
82 /*
83  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
84  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
85  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
86  * defined in <linux/topology.h>.
87  */
88 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
89 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
90 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
91 #endif
92
93 /*
94  * Array of node states.
95  */
96 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
97         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
98         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifndef CONFIG_NUMA
100         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
102         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
103 #endif
104 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
105         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif
107         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
108 #endif  /* NUMA */
109 };
110 EXPORT_SYMBOL(node_states);
111
112 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
113 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
114
115 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
118
119 int percpu_pagelist_fraction;
120 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
121
122 /*
123  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
124  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
125  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
126  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
127  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
128  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
129  */
130 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
131 {
132         return page->index;
133 }
134
135 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
136 {
137         page->index = migratetype;
138 }
139
140 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
141 /*
142  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
143  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
144  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
145  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
146  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
147  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
148  */
149
150 static gfp_t saved_gfp_mask;
151
152 void pm_restore_gfp_mask(void)
153 {
154         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
155         if (saved_gfp_mask) {
156                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
157                 saved_gfp_mask = 0;
158         }
159 }
160
161 void pm_restrict_gfp_mask(void)
162 {
163         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
164         WARN_ON(saved_gfp_mask);
165         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
166         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
167 }
168
169 bool pm_suspended_storage(void)
170 {
171         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
172                 return false;
173         return true;
174 }
175 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
176
177 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
178 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
179 #endif
180
181 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
182
183 /*
184  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
185  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
186  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
187  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
188  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
189  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
190  *
191  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
192  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
193  */
194 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
195 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
196          256,
197 #endif
198 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
199          256,
200 #endif
201 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
202          32,
203 #endif
204          32,
205 };
206
207 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
208
209 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
210 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
211          "DMA",
212 #endif
213 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
214          "DMA32",
215 #endif
216          "Normal",
217 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
218          "HighMem",
219 #endif
220          "Movable",
221 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
222          "Device",
223 #endif
224 };
225
226 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
227         "Unmovable",
228         "Movable",
229         "Reclaimable",
230         "HighAtomic",
231 #ifdef CONFIG_CMA
232         "CMA",
233 #endif
234 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
235         "Isolate",
236 #endif
237 };
238
239 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
240         NULL,
241         free_compound_page,
242 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
243         free_huge_page,
244 #endif
245 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
246         free_transhuge_page,
247 #endif
248 };
249
250 int min_free_kbytes = 1024;
251 int user_min_free_kbytes = -1;
252 int watermark_scale_factor = 10;
253
254 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
255 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
256 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
257
258 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
259 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
260 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
261 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
262 static unsigned long __initdata required_movablecore;
263 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
264 static bool mirrored_kernelcore;
265
266 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
267 int movable_zone;
268 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
269 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
270
271 #if MAX_NUMNODES > 1
272 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
273 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
274 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
275 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
276 #endif
277
278 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
279
280 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
281 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
282 {
283         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
284 }
285
286 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
287 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
288 {
289         if (pfn >= NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn))->first_deferred_pfn)
290                 return true;
291
292         return false;
293 }
294
295 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
296 {
297         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
298                 return true;
299
300         return false;
301 }
302
303 /*
304  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
305  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
306  */
307 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
308                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
309                                 unsigned long *nr_initialised)
310 {
311         unsigned long max_initialise;
312
313         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
314         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
315                 return true;
316         /*
317          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
318          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
319          */
320         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
321                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
322
323         (*nr_initialised)++;
324         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
325             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
326                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
327                 return false;
328         }
329
330         return true;
331 }
332 #else
333 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
334 {
335 }
336
337 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
338 {
339         return false;
340 }
341
342 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
343 {
344         return false;
345 }
346
347 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
348                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
349                                 unsigned long *nr_initialised)
350 {
351         return true;
352 }
353 #endif
354
355
356 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
357 {
358         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
359                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
360                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
361
362         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
363                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
364 }
365
366 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
367 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
368 {
369         int ret = 0;
370         unsigned seq;
371         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
372         unsigned long sp, start_pfn;
373
374         do {
375                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
376                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
377                 sp = zone->spanned_pages;
378                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
379                         ret = 1;
380         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
381
382         if (ret)
383                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
384                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
385                         start_pfn, start_pfn + sp);
386
387         return ret;
388 }
389
390 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
391 {
392         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
393                 return 0;
394         if (zone != page_zone(page))
395                 return 0;
396
397         return 1;
398 }
399 /*
400  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
401  */
402 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
403 {
404         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
405                 return 1;
406         if (!page_is_consistent(zone, page))
407                 return 1;
408
409         return 0;
410 }
411 #else
412 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
413 {
414         return 0;
415 }
416 #endif
417
418 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
419                 unsigned long bad_flags)
420 {
421         static unsigned long resume;
422         static unsigned long nr_shown;
423         static unsigned long nr_unshown;
424
425         /* Don't complain about poisoned pages */
426         if (PageHWPoison(page)) {
427                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
428                 return;
429         }
430
431         /*
432          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
433          * or allow a steady drip of one report per second.
434          */
435         if (nr_shown == 60) {
436                 if (time_before(jiffies, resume)) {
437                         nr_unshown++;
438                         goto out;
439                 }
440                 if (nr_unshown) {
441                         pr_alert(
442                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
443                                 nr_unshown);
444                         nr_unshown = 0;
445                 }
446                 nr_shown = 0;
447         }
448         if (nr_shown++ == 0)
449                 resume = jiffies + 60 * HZ;
450
451         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
452                 current->comm, page_to_pfn(page));
453         __dump_page(page, reason);
454         bad_flags &= page->flags;
455         if (bad_flags)
456                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
457                                                 bad_flags, &bad_flags);
458         dump_page_owner(page);
459
460         print_modules();
461         dump_stack();
462 out:
463         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
464         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
465         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
466 }
467
468 /*
469  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
470  *
471  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
472  *
473  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
474  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
475  *
476  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
477  * page destructors. See compound_page_dtors.
478  *
479  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
480  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
481  */
482
483 void free_compound_page(struct page *page)
484 {
485         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
486 }
487
488 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
489 {
490         int i;
491         int nr_pages = 1 << order;
492
493         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
494         set_compound_order(page, order);
495         __SetPageHead(page);
496         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
497                 struct page *p = page + i;
498                 set_page_count(p, 0);
499                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
500                 set_compound_head(p, page);
501         }
502         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
503 }
504
505 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
506 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
507 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
508                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
509 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
510 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
511
512 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
513 {
514         if (!buf)
515                 return -EINVAL;
516
517         if (strcmp(buf, "on") == 0)
518                 _debug_pagealloc_enabled = true;
519
520         if (strcmp(buf, "off") == 0)
521                 _debug_pagealloc_enabled = false;
522
523         return 0;
524 }
525 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
526
527 static bool need_debug_guardpage(void)
528 {
529         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
530         if (!debug_pagealloc_enabled())
531                 return false;
532
533         return true;
534 }
535
536 static void init_debug_guardpage(void)
537 {
538         if (!debug_pagealloc_enabled())
539                 return;
540
541         _debug_guardpage_enabled = true;
542 }
543
544 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
545         .need = need_debug_guardpage,
546         .init = init_debug_guardpage,
547 };
548
549 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
550 {
551         unsigned long res;
552
553         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
554                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
555                 return 0;
556         }
557         _debug_guardpage_minorder = res;
558         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
559         return 0;
560 }
561 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
562
563 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
564                                 unsigned int order, int migratetype)
565 {
566         struct page_ext *page_ext;
567
568         if (!debug_guardpage_enabled())
569                 return;
570
571         page_ext = lookup_page_ext(page);
572         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
573
574         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
575         set_page_private(page, order);
576         /* Guard pages are not available for any usage */
577         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
578 }
579
580 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
581                                 unsigned int order, int migratetype)
582 {
583         struct page_ext *page_ext;
584
585         if (!debug_guardpage_enabled())
586                 return;
587
588         page_ext = lookup_page_ext(page);
589         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
590
591         set_page_private(page, 0);
592         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
593                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
594 }
595 #else
596 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
597 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
598                                 unsigned int order, int migratetype) {}
599 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
600                                 unsigned int order, int migratetype) {}
601 #endif
602
603 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
604 {
605         set_page_private(page, order);
606         __SetPageBuddy(page);
607 }
608
609 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
610 {
611         __ClearPageBuddy(page);
612         set_page_private(page, 0);
613 }
614
615 /*
616  * This function checks whether a page is free && is the buddy
617  * we can do coalesce a page and its buddy if
618  * (a) the buddy is not in a hole &&
619  * (b) the buddy is in the buddy system &&
620  * (c) a page and its buddy have the same order &&
621  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
622  *
623  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
624  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
625  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
626  * serialized by zone->lock.
627  *
628  * For recording page's order, we use page_private(page).
629  */
630 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
631                                                         unsigned int order)
632 {
633         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
634                 return 0;
635
636         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
637                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
638                         return 0;
639
640                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
641
642                 return 1;
643         }
644
645         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
646                 /*
647                  * zone check is done late to avoid uselessly
648                  * calculating zone/node ids for pages that could
649                  * never merge.
650                  */
651                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
652                         return 0;
653
654                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
655
656                 return 1;
657         }
658         return 0;
659 }
660
661 /*
662  * Freeing function for a buddy system allocator.
663  *
664  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
665  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
666  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
667  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
668  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
669  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
670  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
671  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
672  * parts of the VM system.
673  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
674  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
675  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
676  * field.
677  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
678  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
679  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
680  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
681  * triggers coalescing into a block of larger size.
682  *
683  * -- nyc
684  */
685
686 static inline void __free_one_page(struct page *page,
687                 unsigned long pfn,
688                 struct zone *zone, unsigned int order,
689                 int migratetype)
690 {
691         unsigned long page_idx;
692         unsigned long combined_idx;
693         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
694         struct page *buddy;
695         unsigned int max_order;
696
697         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
698
699         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
700         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
701
702         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
703         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
704                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
705
706         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
707
708         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
709         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
710
711 continue_merging:
712         while (order < max_order - 1) {
713                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
714                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
715                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
716                         goto done_merging;
717                 /*
718                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
719                  * merge with it and move up one order.
720                  */
721                 if (page_is_guard(buddy)) {
722                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
723                 } else {
724                         list_del(&buddy->lru);
725                         zone->free_area[order].nr_free--;
726                         rmv_page_order(buddy);
727                 }
728                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
729                 page = page + (combined_idx - page_idx);
730                 page_idx = combined_idx;
731                 order++;
732         }
733         if (max_order < MAX_ORDER) {
734                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
735                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
736                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
737                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
738                  *
739                  * We don't want to hit this code for the more frequent
740                  * low-order merging.
741                  */
742                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
743                         int buddy_mt;
744
745                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
746                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
747                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
748
749                         if (migratetype != buddy_mt
750                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
751                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
752                                 goto done_merging;
753                 }
754                 max_order++;
755                 goto continue_merging;
756         }
757
758 done_merging:
759         set_page_order(page, order);
760
761         /*
762          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
763          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
764          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
765          * that is happening, add the free page to the tail of the list
766          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
767          * as a higher order page
768          */
769         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
770                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
771                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
772                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
773                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
774                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
775                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
776                         list_add_tail(&page->lru,
777                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
778                         goto out;
779                 }
780         }
781
782         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
783 out:
784         zone->free_area[order].nr_free++;
785 }
786
787 static inline int free_pages_check(struct page *page)
788 {
789         const char *bad_reason = NULL;
790         unsigned long bad_flags = 0;
791
792         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
793                 bad_reason = "nonzero mapcount";
794         if (unlikely(page->mapping != NULL))
795                 bad_reason = "non-NULL mapping";
796         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
797                 bad_reason = "nonzero _refcount";
798         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
799                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
800                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
801         }
802 #ifdef CONFIG_MEMCG
803         if (unlikely(page->mem_cgroup))
804                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
805 #endif
806         if (unlikely(bad_reason)) {
807                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
808                 return 1;
809         }
810         page_cpupid_reset_last(page);
811         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
812                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
813         return 0;
814 }
815
816 /*
817  * Frees a number of pages from the PCP lists
818  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
819  * count is the number of pages to free.
820  *
821  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
822  * see if this freeing clears that state.
823  *
824  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
825  * pinned" detection logic.
826  */
827 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
828                                         struct per_cpu_pages *pcp)
829 {
830         int migratetype = 0;
831         int batch_free = 0;
832         int to_free = count;
833         unsigned long nr_scanned;
834
835         spin_lock(&zone->lock);
836         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
837         if (nr_scanned)
838                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
839
840         while (to_free) {
841                 struct page *page;
842                 struct list_head *list;
843
844                 /*
845                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
846                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
847                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
848                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
849                  * lists
850                  */
851                 do {
852                         batch_free++;
853                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
854                                 migratetype = 0;
855                         list = &pcp->lists[migratetype];
856                 } while (list_empty(list));
857
858                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
859                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
860                         batch_free = to_free;
861
862                 do {
863                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
864
865                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
866                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
867                         list_del(&page->lru);
868
869                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
870                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
871                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
872                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
873                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
874                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
875
876                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
877                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
878                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
879         }
880         spin_unlock(&zone->lock);
881 }
882
883 static void free_one_page(struct zone *zone,
884                                 struct page *page, unsigned long pfn,
885                                 unsigned int order,
886                                 int migratetype)
887 {
888         unsigned long nr_scanned;
889         spin_lock(&zone->lock);
890         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
891         if (nr_scanned)
892                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
893
894         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
895                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
896                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
897         }
898         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
899         spin_unlock(&zone->lock);
900 }
901
902 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
903 {
904         int ret = 1;
905
906         /*
907          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
908          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
909          */
910         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
911
912         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
913                 ret = 0;
914                 goto out;
915         }
916         switch (page - head_page) {
917         case 1:
918                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
919                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
920                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
921                         goto out;
922                 }
923                 break;
924         case 2:
925                 /*
926                  * the second tail page: ->mapping is
927                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
928                  */
929                 break;
930         default:
931                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
932                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
933                         goto out;
934                 }
935                 break;
936         }
937         if (unlikely(!PageTail(page))) {
938                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
939                 goto out;
940         }
941         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
942                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
943                 goto out;
944         }
945         ret = 0;
946 out:
947         page->mapping = NULL;
948         clear_compound_head(page);
949         return ret;
950 }
951
952 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
953                                 unsigned long zone, int nid)
954 {
955         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
956         init_page_count(page);
957         page_mapcount_reset(page);
958         page_cpupid_reset_last(page);
959
960         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
961 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
962         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
963         if (!is_highmem_idx(zone))
964                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
965 #endif
966 }
967
968 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
969                                         int nid)
970 {
971         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
972 }
973
974 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
975 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
976 {
977         pg_data_t *pgdat;
978         int nid, zid;
979
980         if (!early_page_uninitialised(pfn))
981                 return;
982
983         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
984         pgdat = NODE_DATA(nid);
985
986         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
987                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
988
989                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
990                         break;
991         }
992         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
993 }
994 #else
995 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
996 {
997 }
998 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
999
1000 /*
1001  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1002  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1003  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1004  * sent to the buddy page allocator.
1005  */
1006 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
1007 {
1008         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1009         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1010
1011         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1012                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1013                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1014
1015                         init_reserved_page(start_pfn);
1016
1017                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1018                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1019
1020                         SetPageReserved(page);
1021                 }
1022         }
1023 }
1024
1025 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1026 {
1027         int bad = 0;
1028
1029         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1030
1031         trace_mm_page_free(page, order);
1032         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1033         kasan_free_pages(page, order);
1034
1035         /*
1036          * Check tail pages before head page information is cleared to
1037          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1038          */
1039         if (unlikely(order)) {
1040                 bool compound = PageCompound(page);
1041                 int i;
1042
1043                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1044
1045                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1046                         if (compound)
1047                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1048                         bad += free_pages_check(page + i);
1049                 }
1050         }
1051         if (PageAnonHead(page))
1052                 page->mapping = NULL;
1053         bad += free_pages_check(page);
1054         if (bad)
1055                 return false;
1056
1057         reset_page_owner(page, order);
1058
1059         if (!PageHighMem(page)) {
1060                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1061                                            PAGE_SIZE << order);
1062                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1063                                            PAGE_SIZE << order);
1064         }
1065         arch_free_page(page, order);
1066         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1067         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1068
1069         return true;
1070 }
1071
1072 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1073 {
1074         unsigned long flags;
1075         int migratetype;
1076         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1077
1078         if (!free_pages_prepare(page, order))
1079                 return;
1080
1081         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1082         local_irq_save(flags);
1083         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1084         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1085         local_irq_restore(flags);
1086 }
1087
1088 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1089 {
1090         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1091         struct page *p = page;
1092         unsigned int loop;
1093
1094         prefetchw(p);
1095         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1096                 prefetchw(p + 1);
1097                 __ClearPageReserved(p);
1098                 set_page_count(p, 0);
1099         }
1100         __ClearPageReserved(p);
1101         set_page_count(p, 0);
1102
1103         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1104         set_page_refcounted(page);
1105         __free_pages(page, order);
1106 }
1107
1108 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1109         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1110
1111 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1112
1113 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1114 {
1115         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1116         int nid;
1117
1118         spin_lock(&early_pfn_lock);
1119         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1120         if (nid < 0)
1121                 nid = 0;
1122         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1123
1124         return nid;
1125 }
1126 #endif
1127
1128 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1129 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1130                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1131 {
1132         int nid;
1133
1134         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1135         if (nid >= 0 && nid != node)
1136                 return false;
1137         return true;
1138 }
1139
1140 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1141 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1142 {
1143         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1144 }
1145
1146 #else
1147
1148 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1149 {
1150         return true;
1151 }
1152 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1153                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1154 {
1155         return true;
1156 }
1157 #endif
1158
1159
1160 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1161                                                         unsigned int order)
1162 {
1163         if (early_page_uninitialised(pfn))
1164                 return;
1165         return __free_pages_boot_core(page, order);
1166 }
1167
1168 /*
1169  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1170  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1171  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1172  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1173  * pageblocks.
1174  *
1175  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1176  *
1177  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1178  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1179  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1180  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1181  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1182  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1183  * page in a pageblock.
1184  */
1185 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1186                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1187 {
1188         struct page *start_page;
1189         struct page *end_page;
1190
1191         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1192         end_pfn--;
1193
1194         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1195                 return NULL;
1196
1197         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1198
1199         if (page_zone(start_page) != zone)
1200                 return NULL;
1201
1202         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1203
1204         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1205         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1206                 return NULL;
1207
1208         return start_page;
1209 }
1210
1211 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1212 {
1213         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1214         unsigned long block_end_pfn;
1215
1216         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1217         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1218                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1219                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1220
1221                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1222
1223                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1224                                              block_end_pfn, zone))
1225                         return;
1226         }
1227
1228         /* We confirm that there is no hole */
1229         zone->contiguous = true;
1230 }
1231
1232 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1233 {
1234         zone->contiguous = false;
1235 }
1236
1237 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1238 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1239                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1240 {
1241         int i;
1242
1243         if (!page)
1244                 return;
1245
1246         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1247         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1248             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1249                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1250                 __free_pages_boot_core(page, MAX_ORDER-1);
1251                 return;
1252         }
1253
1254         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++)
1255                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1256 }
1257
1258 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1259 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1260 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1261
1262 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1263 {
1264         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1265                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1266 }
1267
1268 /* Initialise remaining memory on a node */
1269 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1270 {
1271         pg_data_t *pgdat = data;
1272         int nid = pgdat->node_id;
1273         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1274         unsigned long start = jiffies;
1275         unsigned long nr_pages = 0;
1276         unsigned long walk_start, walk_end;
1277         int i, zid;
1278         struct zone *zone;
1279         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1280         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1281
1282         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1283                 pgdat_init_report_one_done();
1284                 return 0;
1285         }
1286
1287         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1288         if (!cpumask_empty(cpumask))
1289                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1290
1291         /* Sanity check boundaries */
1292         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1293         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1294         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1295
1296         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1297         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1298                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1299                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1300                         break;
1301         }
1302
1303         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1304                 unsigned long pfn, end_pfn;
1305                 struct page *page = NULL;
1306                 struct page *free_base_page = NULL;
1307                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1308                 int nr_to_free = 0;
1309
1310                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1311                 pfn = first_init_pfn;
1312                 if (pfn < walk_start)
1313                         pfn = walk_start;
1314                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1315                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1316
1317                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1318                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1319                                 goto free_range;
1320
1321                         /*
1322                          * Ensure pfn_valid is checked every
1323                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1324                          */
1325                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1326                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1327                                         page = NULL;
1328                                         goto free_range;
1329                                 }
1330                         }
1331
1332                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1333                                 page = NULL;
1334                                 goto free_range;
1335                         }
1336
1337                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1338                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1339                                 page++;
1340                         } else {
1341                                 nr_pages += nr_to_free;
1342                                 deferred_free_range(free_base_page,
1343                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1344                                 free_base_page = NULL;
1345                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1346
1347                                 page = pfn_to_page(pfn);
1348                                 cond_resched();
1349                         }
1350
1351                         if (page->flags) {
1352                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1353                                 goto free_range;
1354                         }
1355
1356                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1357                         if (!free_base_page) {
1358                                 free_base_page = page;
1359                                 free_base_pfn = pfn;
1360                                 nr_to_free = 0;
1361                         }
1362                         nr_to_free++;
1363
1364                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1365                         continue;
1366 free_range:
1367                         /* Free the current block of pages to allocator */
1368                         nr_pages += nr_to_free;
1369                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1370                                                                 nr_to_free);
1371                         free_base_page = NULL;
1372                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1373                 }
1374
1375                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1376         }
1377
1378         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1379         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1380
1381         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1382                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1383
1384         pgdat_init_report_one_done();
1385         return 0;
1386 }
1387 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1388
1389 void __init page_alloc_init_late(void)
1390 {
1391         struct zone *zone;
1392
1393 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1394         int nid;
1395
1396         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1397         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1398         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1399                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1400         }
1401
1402         /* Block until all are initialised */
1403         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1404
1405         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1406         files_maxfiles_init();
1407 #endif
1408
1409         for_each_populated_zone(zone)
1410                 set_zone_contiguous(zone);
1411 }
1412
1413 #ifdef CONFIG_CMA
1414 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1415 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1416 {
1417         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1418         struct page *p = page;
1419
1420         do {
1421                 __ClearPageReserved(p);
1422                 set_page_count(p, 0);
1423         } while (++p, --i);
1424
1425         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1426
1427         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1428                 i = pageblock_nr_pages;
1429                 p = page;
1430                 do {
1431                         set_page_refcounted(p);
1432                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1433                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1434                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1435         } else {
1436                 set_page_refcounted(page);
1437                 __free_pages(page, pageblock_order);
1438         }
1439
1440         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1441 }
1442 #endif
1443
1444 /*
1445  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1446  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1447  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1448  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1449  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1450  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1451  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1452  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1453  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1454  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1455  *
1456  * -- nyc
1457  */
1458 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1459         int low, int high, struct free_area *area,
1460         int migratetype)
1461 {
1462         unsigned long size = 1 << high;
1463
1464         while (high > low) {
1465                 area--;
1466                 high--;
1467                 size >>= 1;
1468                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1469
1470                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1471                         debug_guardpage_enabled() &&
1472                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1473                         /*
1474                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1475                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1476                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1477                          * pages will stay not present in virtual address space
1478                          */
1479                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1480                         continue;
1481                 }
1482                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1483                 area->nr_free++;
1484                 set_page_order(&page[size], high);
1485         }
1486 }
1487
1488 /*
1489  * This page is about to be returned from the page allocator
1490  */
1491 static inline int check_new_page(struct page *page)
1492 {
1493         const char *bad_reason = NULL;
1494         unsigned long bad_flags = 0;
1495
1496         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1497                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1498         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1499                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1500         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1501                 bad_reason = "nonzero _count";
1502         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1503                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1504                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1505         }
1506         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1507                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1508                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1509         }
1510 #ifdef CONFIG_MEMCG
1511         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1512                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1513 #endif
1514         if (unlikely(bad_reason)) {
1515                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1516                 return 1;
1517         }
1518         return 0;
1519 }
1520
1521 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1522 {
1523         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1524                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1525 }
1526
1527 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1528                                                         unsigned int alloc_flags)
1529 {
1530         int i;
1531         bool poisoned = true;
1532
1533         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1534                 struct page *p = page + i;
1535                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1536                         return 1;
1537                 if (poisoned)
1538                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1539         }
1540
1541         set_page_private(page, 0);
1542         set_page_refcounted(page);
1543
1544         arch_alloc_page(page, order);
1545         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1546         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1547         kasan_alloc_pages(page, order);
1548
1549         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1550                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1551                         clear_highpage(page + i);
1552
1553         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1554                 prep_compound_page(page, order);
1555
1556         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1557
1558         /*
1559          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1560          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1561          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1562          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1563          */
1564         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1565                 set_page_pfmemalloc(page);
1566         else
1567                 clear_page_pfmemalloc(page);
1568
1569         return 0;
1570 }
1571
1572 /*
1573  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1574  * the smallest available page from the freelists
1575  */
1576 static inline
1577 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1578                                                 int migratetype)
1579 {
1580         unsigned int current_order;
1581         struct free_area *area;
1582         struct page *page;
1583
1584         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1585         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1586                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1587                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1588                                                         struct page, lru);
1589                 if (!page)
1590                         continue;
1591                 list_del(&page->lru);
1592                 rmv_page_order(page);
1593                 area->nr_free--;
1594                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1595                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1596                 return page;
1597         }
1598
1599         return NULL;
1600 }
1601
1602
1603 /*
1604  * This array describes the order lists are fallen back to when
1605  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1606  */
1607 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1608         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1609         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1610         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1611 #ifdef CONFIG_CMA
1612         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1613 #endif
1614 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1615         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1616 #endif
1617 };
1618
1619 #ifdef CONFIG_CMA
1620 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1621                                         unsigned int order)
1622 {
1623         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1624 }
1625 #else
1626 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1627                                         unsigned int order) { return NULL; }
1628 #endif
1629
1630 /*
1631  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1632  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1633  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1634  */
1635 int move_freepages(struct zone *zone,
1636                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1637                           int migratetype)
1638 {
1639         struct page *page;
1640         unsigned int order;
1641         int pages_moved = 0;
1642
1643 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1644         /*
1645          * page_zone is not safe to call in this context when
1646          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1647          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1648          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1649          * grouping pages by mobility
1650          */
1651         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1652 #endif
1653
1654         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1655                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1656                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1657
1658                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1659                         page++;
1660                         continue;
1661                 }
1662
1663                 if (!PageBuddy(page)) {
1664                         page++;
1665                         continue;
1666                 }
1667
1668                 order = page_order(page);
1669                 list_move(&page->lru,
1670                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1671                 page += 1 << order;
1672                 pages_moved += 1 << order;
1673         }
1674
1675         return pages_moved;
1676 }
1677
1678 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1679                                 int migratetype)
1680 {
1681         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1682         struct page *start_page, *end_page;
1683
1684         start_pfn = page_to_pfn(page);
1685         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1686         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1687         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1688         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1689
1690         /* Do not cross zone boundaries */
1691         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1692                 start_page = page;
1693         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1694                 return 0;
1695
1696         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1697 }
1698
1699 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1700                                         int start_order, int migratetype)
1701 {
1702         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1703
1704         while (nr_pageblocks--) {
1705                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1706                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1707         }
1708 }
1709
1710 /*
1711  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1712  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1713  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1714  *
1715  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1716  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1717  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1718  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1719  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1720  * pageblocks.
1721  */
1722 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1723 {
1724         /*
1725          * Leaving this order check is intended, although there is
1726          * relaxed order check in next check. The reason is that
1727          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1728          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1729          * so could be changed anytime.
1730          */
1731         if (order >= pageblock_order)
1732                 return true;
1733
1734         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1735                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1736                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1737                 page_group_by_mobility_disabled)
1738                 return true;
1739
1740         return false;
1741 }
1742
1743 /*
1744  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1745  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1746  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1747  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1748  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1749  */
1750 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1751                                                           int start_type)
1752 {
1753         unsigned int current_order = page_order(page);
1754         int pages;
1755
1756         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1757         if (current_order >= pageblock_order) {
1758                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1759                 return;
1760         }
1761
1762         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1763
1764         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1765         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1766                         page_group_by_mobility_disabled)
1767                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1768 }
1769
1770 /*
1771  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1772  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1773  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1774  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1775  */
1776 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1777                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1778 {
1779         int i;
1780         int fallback_mt;
1781
1782         if (area->nr_free == 0)
1783                 return -1;
1784
1785         *can_steal = false;
1786         for (i = 0;; i++) {
1787                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1788                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1789                         break;
1790
1791                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1792                         continue;
1793
1794                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1795                         *can_steal = true;
1796
1797                 if (!only_stealable)
1798                         return fallback_mt;
1799
1800                 if (*can_steal)
1801                         return fallback_mt;
1802         }
1803
1804         return -1;
1805 }
1806
1807 /*
1808  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1809  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1810  */
1811 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
1812                                 unsigned int alloc_order)
1813 {
1814         int mt;
1815         unsigned long max_managed, flags;
1816
1817         /*
1818          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1819          * Check is race-prone but harmless.
1820          */
1821         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
1822         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1823                 return;
1824
1825         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1826
1827         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1828         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1829                 goto out_unlock;
1830
1831         /* Yoink! */
1832         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1833         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
1834                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
1835                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1836                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1837                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1838         }
1839
1840 out_unlock:
1841         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1842 }
1843
1844 /*
1845  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1846  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1847  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1848  * to recover from than an OOM.
1849  */
1850 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
1851 {
1852         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1853         unsigned long flags;
1854         struct zoneref *z;
1855         struct zone *zone;
1856         struct page *page;
1857         int order;
1858
1859         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
1860                                                                 ac->nodemask) {
1861                 /* Preserve at least one pageblock */
1862                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
1863                         continue;
1864
1865                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1866                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
1867                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1868
1869                         page = list_first_entry_or_null(
1870                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
1871                                         struct page, lru);
1872                         if (!page)
1873                                 continue;
1874
1875                         /*
1876                          * It should never happen but changes to locking could
1877                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
1878                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
1879                          * and watch for underflows.
1880                          */
1881                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
1882                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1883
1884                         /*
1885                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1886                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1887                          * is doing the work and needs the pages. More
1888                          * importantly, if the block was always converted to
1889                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1890                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1891                          * may increase.
1892                          */
1893                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1894                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
1895                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1896                         return;
1897                 }
1898                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1899         }
1900 }
1901
1902 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1903 static inline struct page *
1904 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1905 {
1906         struct free_area *area;
1907         unsigned int current_order;
1908         struct page *page;
1909         int fallback_mt;
1910         bool can_steal;
1911
1912         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1913         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1914                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1915                                 --current_order) {
1916                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1917                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1918                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1919                 if (fallback_mt == -1)
1920                         continue;
1921
1922                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
1923                                                 struct page, lru);
1924                 if (can_steal)
1925                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1926
1927                 /* Remove the page from the freelists */
1928                 area->nr_free--;
1929                 list_del(&page->lru);
1930                 rmv_page_order(page);
1931
1932                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1933                                         start_migratetype);
1934                 /*
1935                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
1936                  * migratetype depending on the decisions in
1937                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
1938                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
1939                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
1940                  */
1941                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
1942
1943                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1944                         start_migratetype, fallback_mt);
1945
1946                 return page;
1947         }
1948
1949         return NULL;
1950 }
1951
1952 /*
1953  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1954  * Call me with the zone->lock already held.
1955  */
1956 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1957                                 int migratetype)
1958 {
1959         struct page *page;
1960
1961         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1962         if (unlikely(!page)) {
1963                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1964                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1965
1966                 if (!page)
1967                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1968         }
1969
1970         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1971         return page;
1972 }
1973
1974 /*
1975  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1976  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1977  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1978  */
1979 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1980                         unsigned long count, struct list_head *list,
1981                         int migratetype, bool cold)
1982 {
1983         int i;
1984
1985         spin_lock(&zone->lock);
1986         for (i = 0; i < count; ++i) {
1987                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1988                 if (unlikely(page == NULL))
1989                         break;
1990
1991                 /*
1992                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1993                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1994                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1995                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1996                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1997                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1998                  * properly.
1999                  */
2000                 if (likely(!cold))
2001                         list_add(&page->lru, list);
2002                 else
2003                         list_add_tail(&page->lru, list);
2004                 list = &page->lru;
2005                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2006                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2007                                               -(1 << order));
2008         }
2009         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2010         spin_unlock(&zone->lock);
2011         return i;
2012 }
2013
2014 #ifdef CONFIG_NUMA
2015 /*
2016  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2017  * currently executing processor on remote nodes after they have
2018  * expired.
2019  *
2020  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2021  * a single processor.
2022  */
2023 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2024 {
2025         unsigned long flags;
2026         int to_drain, batch;
2027
2028         local_irq_save(flags);
2029         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2030         to_drain = min(pcp->count, batch);
2031         if (to_drain > 0) {
2032                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2033                 pcp->count -= to_drain;
2034         }
2035         local_irq_restore(flags);
2036 }
2037 #endif
2038
2039 /*
2040  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2041  *
2042  * The processor must either be the current processor and the
2043  * thread pinned to the current processor or a processor that
2044  * is not online.
2045  */
2046 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2047 {
2048         unsigned long flags;
2049         struct per_cpu_pageset *pset;
2050         struct per_cpu_pages *pcp;
2051
2052         local_irq_save(flags);
2053         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2054
2055         pcp = &pset->pcp;
2056         if (pcp->count) {
2057                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2058                 pcp->count = 0;
2059         }
2060         local_irq_restore(flags);
2061 }
2062
2063 /*
2064  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2065  *
2066  * The processor must either be the current processor and the
2067  * thread pinned to the current processor or a processor that
2068  * is not online.
2069  */
2070 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2071 {
2072         struct zone *zone;
2073
2074         for_each_populated_zone(zone) {
2075                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2076         }
2077 }
2078
2079 /*
2080  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2081  *
2082  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2083  * the single zone's pages.
2084  */
2085 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2086 {
2087         int cpu = smp_processor_id();
2088
2089         if (zone)
2090                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2091         else
2092                 drain_pages(cpu);
2093 }
2094
2095 /*
2096  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2097  *
2098  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2099  *
2100  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2101  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2102  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2103  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2104  * before the call to on_each_cpu_mask().
2105  */
2106 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2107 {
2108         int cpu;
2109
2110         /*
2111          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2112          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2113          */
2114         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2115
2116         /*
2117          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2118          * as offline notification will cause the notified
2119          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2120          * disables preemption as part of its processing
2121          */
2122         for_each_online_cpu(cpu) {
2123                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2124                 struct zone *z;
2125                 bool has_pcps = false;
2126
2127                 if (zone) {
2128                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2129                         if (pcp->pcp.count)
2130                                 has_pcps = true;
2131                 } else {
2132                         for_each_populated_zone(z) {
2133                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2134                                 if (pcp->pcp.count) {
2135                                         has_pcps = true;
2136                                         break;
2137                                 }
2138                         }
2139                 }
2140
2141                 if (has_pcps)
2142                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2143                 else
2144                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2145         }
2146         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2147                                                                 zone, 1);
2148 }
2149
2150 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2151
2152 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2153 {
2154         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2155         unsigned long flags;
2156         unsigned int order, t;
2157         struct page *page;
2158
2159         if (zone_is_empty(zone))
2160                 return;
2161
2162         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2163
2164         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2165         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2166                 if (pfn_valid(pfn)) {
2167                         page = pfn_to_page(pfn);
2168
2169                         if (page_zone(page) != zone)
2170                                 continue;
2171
2172                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2173                                 swsusp_unset_page_free(page);
2174                 }
2175
2176         for_each_migratetype_order(order, t) {
2177                 list_for_each_entry(page,
2178                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2179                         unsigned long i;
2180
2181                         pfn = page_to_pfn(page);
2182                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2183                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2184                 }
2185         }
2186         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2187 }
2188 #endif /* CONFIG_PM */
2189
2190 /*
2191  * Free a 0-order page
2192  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2193  */
2194 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2195 {
2196         struct zone *zone = page_zone(page);
2197         struct per_cpu_pages *pcp;
2198         unsigned long flags;
2199         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2200         int migratetype;
2201
2202         if (!free_pages_prepare(page, 0))
2203                 return;
2204
2205         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2206         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2207         local_irq_save(flags);
2208         __count_vm_event(PGFREE);
2209
2210         /*
2211          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2212          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2213          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2214          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2215          * excessively into the page allocator
2216          */
2217         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2218                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2219                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2220                         goto out;
2221                 }
2222                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2223         }
2224
2225         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2226         if (!cold)
2227                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2228         else
2229                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2230         pcp->count++;
2231         if (pcp->count >= pcp->high) {
2232                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2233                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2234                 pcp->count -= batch;
2235         }
2236
2237 out:
2238         local_irq_restore(flags);
2239 }
2240
2241 /*
2242  * Free a list of 0-order pages
2243  */
2244 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2245 {
2246         struct page *page, *next;
2247
2248         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2249                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2250                 free_hot_cold_page(page, cold);
2251         }
2252 }
2253
2254 /*
2255  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2256  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2257  * Each sub-page must be freed individually.
2258  *
2259  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2260  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2261  */
2262 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2263 {
2264         int i;
2265         gfp_t gfp_mask;
2266
2267         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2268         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2269
2270 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2271         /*
2272          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2273          * otherwise free the whole shadow.
2274          */
2275         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2276                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2277 #endif
2278
2279         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2280         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2281         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2282                 set_page_refcounted(page + i);
2283                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2284         }
2285 }
2286 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2287
2288 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2289 {
2290         unsigned long watermark;
2291         struct zone *zone;
2292         int mt;
2293
2294         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2295
2296         zone = page_zone(page);
2297         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2298
2299         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2300                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2301                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2302                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2303                         return 0;
2304
2305                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2306         }
2307
2308         /* Remove page from free list */
2309         list_del(&page->lru);
2310         zone->free_area[order].nr_free--;
2311         rmv_page_order(page);
2312
2313         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2314
2315         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2316         if (order >= pageblock_order - 1) {
2317                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2318                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2319                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2320                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2321                                 set_pageblock_migratetype(page,
2322                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2323                 }
2324         }
2325
2326
2327         return 1UL << order;
2328 }
2329
2330 /*
2331  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2332  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2333  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2334  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2335  * are enabled.
2336  *
2337  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2338  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2339  */
2340 int split_free_page(struct page *page)
2341 {
2342         unsigned int order;
2343         int nr_pages;
2344
2345         order = page_order(page);
2346
2347         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2348         if (!nr_pages)
2349                 return 0;
2350
2351         /* Split into individual pages */
2352         set_page_refcounted(page);
2353         split_page(page, order);
2354         return nr_pages;
2355 }
2356
2357 /*
2358  * Update NUMA hit/miss statistics
2359  *
2360  * Must be called with interrupts disabled.
2361  *
2362  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2363  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2364  * memory on behalf of other processes.
2365  */
2366 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2367                                                                 gfp_t flags)
2368 {
2369 #ifdef CONFIG_NUMA
2370         int local_nid = numa_node_id();
2371         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2372
2373         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2374                 local_stat = NUMA_OTHER;
2375                 local_nid = preferred_zone->node;
2376         }
2377
2378         if (z->node == local_nid) {
2379                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2380                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2381         } else {
2382                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2383                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2384         }
2385 #endif
2386 }
2387
2388 /*
2389  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2390  */
2391 static inline
2392 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2393                         struct zone *zone, unsigned int order,
2394                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2395                         int migratetype)
2396 {
2397         unsigned long flags;
2398         struct page *page;
2399         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2400
2401         if (likely(order == 0)) {
2402                 struct per_cpu_pages *pcp;
2403                 struct list_head *list;
2404
2405                 local_irq_save(flags);
2406                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2407                 list = &pcp->lists[migratetype];
2408                 if (list_empty(list)) {
2409                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2410                                         pcp->batch, list,
2411                                         migratetype, cold);
2412                         if (unlikely(list_empty(list)))
2413                                 goto failed;
2414                 }
2415
2416                 if (cold)
2417                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2418                 else
2419                         page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2420
2421                 __dec_zone_state(zone, NR_ALLOC_BATCH);
2422                 list_del(&page->lru);
2423                 pcp->count--;
2424         } else {
2425                 /*
2426                  * We most definitely don't want callers attempting to
2427                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2428                  */
2429                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2430                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2431
2432                 page = NULL;
2433                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2434                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2435                         if (page)
2436                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2437                 }
2438                 if (!page)
2439                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2440                 spin_unlock(&zone->lock);
2441                 if (!page)
2442                         goto failed;
2443                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2444                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2445                                           get_pcppage_migratetype(page));
2446         }
2447
2448         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2449             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2450                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2451
2452         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2453         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2454         local_irq_restore(flags);
2455
2456         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2457         return page;
2458
2459 failed:
2460         local_irq_restore(flags);
2461         return NULL;
2462 }
2463
2464 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2465
2466 static struct {
2467         struct fault_attr attr;
2468
2469         bool ignore_gfp_highmem;
2470         bool ignore_gfp_reclaim;
2471         u32 min_order;
2472 } fail_page_alloc = {
2473         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2474         .ignore_gfp_reclaim = true,
2475         .ignore_gfp_highmem = true,
2476         .min_order = 1,
2477 };
2478
2479 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2480 {
2481         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2482 }
2483 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2484
2485 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2486 {
2487         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2488                 return false;
2489         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2490                 return false;
2491         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2492                 return false;
2493         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2494                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2495                 return false;
2496
2497         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2498 }
2499
2500 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2501
2502 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2503 {
2504         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2505         struct dentry *dir;
2506
2507         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2508                                         &fail_page_alloc.attr);
2509         if (IS_ERR(dir))
2510                 return PTR_ERR(dir);
2511
2512         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2513                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2514                 goto fail;
2515         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2516                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2517                 goto fail;
2518         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2519                                 &fail_page_alloc.min_order))
2520                 goto fail;
2521
2522         return 0;
2523 fail:
2524         debugfs_remove_recursive(dir);
2525
2526         return -ENOMEM;
2527 }
2528
2529 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2530
2531 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2532
2533 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2534
2535 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2536 {
2537         return false;
2538 }
2539
2540 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2541
2542 /*
2543  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2544  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2545  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2546  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2547  */
2548 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2549                         unsigned long mark, int classzone_idx,
2550                         unsigned int alloc_flags,
2551                         long free_pages)
2552 {
2553         long min = mark;
2554         int o;
2555         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2556
2557         /* free_pages may go negative - that's OK */
2558         free_pages -= (1 << order) - 1;
2559
2560         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2561                 min -= min / 2;
2562
2563         /*
2564          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2565          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2566          * atomic reserve but it avoids a search.
2567          */
2568         if (likely(!alloc_harder))
2569                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2570         else
2571                 min -= min / 4;
2572
2573 #ifdef CONFIG_CMA
2574         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2575         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2576                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2577 #endif
2578
2579         /*
2580          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2581          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2582          * even if a suitable page happened to be free.
2583          */
2584         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2585                 return false;
2586
2587         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2588         if (!order)
2589                 return true;
2590
2591         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2592         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2593                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2594                 int mt;
2595
2596                 if (!area->nr_free)
2597                         continue;
2598
2599                 if (alloc_harder)
2600                         return true;
2601
2602                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2603                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2604                                 return true;
2605                 }
2606
2607 #ifdef CONFIG_CMA
2608                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2609                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2610                         return true;
2611                 }
2612 #endif
2613         }
2614         return false;
2615 }
2616
2617 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2618                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2619 {
2620         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2621                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2622 }
2623
2624 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2625                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2626 {
2627         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2628
2629         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2630                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2631
2632         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2633                                                                 free_pages);
2634 }
2635
2636 #ifdef CONFIG_NUMA
2637 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2638 {
2639         return local_zone->node == zone->node;
2640 }
2641
2642 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2643 {
2644         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2645                                 RECLAIM_DISTANCE;
2646 }
2647 #else   /* CONFIG_NUMA */
2648 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2649 {
2650         return true;
2651 }
2652
2653 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2654 {
2655         return true;
2656 }
2657 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2658
2659 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2660 {
2661         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2662
2663         do {
2664                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2665                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2666                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2667                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2668         } while (zone++ != preferred_zone);
2669 }
2670
2671 /*
2672  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2673  * a page.
2674  */
2675 static struct page *
2676 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2677                                                 const struct alloc_context *ac)
2678 {
2679         struct zoneref *z;
2680         struct page *page = NULL;
2681         struct zone *zone;
2682         bool fair_skipped;
2683         bool zonelist_rescan;
2684
2685 zonelist_scan:
2686         zonelist_rescan = false;
2687
2688         /*
2689          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2690          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2691          */
2692         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2693                                                                 ac->nodemask) {
2694                 unsigned long mark;
2695
2696                 if (cpusets_enabled() &&
2697                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2698                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2699                                 continue;
2700                 /*
2701                  * Distribute pages in proportion to the individual
2702                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2703                  * page was allocated in should have no effect on the
2704                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2705                  */
2706                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2707                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2708                                 break;
2709                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2710                                 fair_skipped = true;
2711                                 continue;
2712                         }
2713                 }
2714                 /*
2715                  * When allocating a page cache page for writing, we
2716                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2717                  * limit, such that no single zone holds more than its
2718                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2719                  * The dirty limits take into account the zone's
2720                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2721                  * should be able to balance it without having to
2722                  * write pages from its LRU list.
2723                  *
2724                  * This may look like it could increase pressure on
2725                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2726                  * before they are full.  But the pages that do spill
2727                  * over are limited as the lower zones are protected
2728                  * by this very same mechanism.  It should not become
2729                  * a practical burden to them.
2730                  *
2731                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2732                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2733                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2734                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2735                  * zones are together not big enough to reach the
2736                  * global limit.  The proper fix for these situations
2737                  * will require awareness of zones in the
2738                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2739                  */
2740                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2741                         continue;
2742
2743                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2744                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2745                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2746                         int ret;
2747
2748                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2749                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2750                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2751                                 goto try_this_zone;
2752
2753                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2754                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2755                                 continue;
2756
2757                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2758                         switch (ret) {
2759                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2760                                 /* did not scan */
2761                                 continue;
2762                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2763                                 /* scanned but unreclaimable */
2764                                 continue;
2765                         default:
2766                                 /* did we reclaim enough */
2767                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2768                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2769                                         goto try_this_zone;
2770
2771                                 continue;
2772                         }
2773                 }
2774
2775 try_this_zone:
2776                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2777                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2778                 if (page) {
2779                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2780                                 goto try_this_zone;
2781
2782                         /*
2783                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2784                          * if the pageblock should be reserved for the future
2785                          */
2786                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2787                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2788
2789                         return page;
2790                 }
2791         }
2792
2793         /*
2794          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2795          * local node.  However, the local node might have free pages left
2796          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2797          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2798          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2799          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2800          */
2801         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2802                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2803                 if (fair_skipped) {
2804                         zonelist_rescan = true;
2805                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2806                 }
2807                 if (nr_online_nodes > 1)
2808                         zonelist_rescan = true;
2809         }
2810
2811         if (zonelist_rescan)
2812                 goto zonelist_scan;
2813
2814         return NULL;
2815 }
2816
2817 /*
2818  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2819  * meminfo in irq context.
2820  */
2821 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2822 {
2823         bool ret = false;
2824
2825 #if NODES_SHIFT > 8
2826         ret = in_interrupt();
2827 #endif
2828         return ret;
2829 }
2830
2831 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2832                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2833                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2834
2835 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2836 {
2837         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2838
2839         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2840             debug_guardpage_minorder() > 0)
2841                 return;
2842
2843         /*
2844          * This documents exceptions given to allocations in certain
2845          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2846          * of allowed nodes.
2847          */
2848         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2849                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2850                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2851                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2852         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2853                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2854
2855         if (fmt) {
2856                 struct va_format vaf;
2857                 va_list args;
2858
2859                 va_start(args, fmt);
2860
2861                 vaf.fmt = fmt;
2862                 vaf.va = &args;
2863
2864                 pr_warn("%pV", &vaf);
2865
2866                 va_end(args);
2867         }
2868
2869         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
2870                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
2871         dump_stack();
2872         if (!should_suppress_show_mem())
2873                 show_mem(filter);
2874 }
2875
2876 static inline struct page *
2877 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2878         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2879 {
2880         struct oom_control oc = {
2881                 .zonelist = ac->zonelist,
2882                 .nodemask = ac->nodemask,
2883                 .gfp_mask = gfp_mask,
2884                 .order = order,
2885         };
2886         struct page *page;
2887
2888         *did_some_progress = 0;
2889
2890         /*
2891          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2892          * making progress for us.
2893          */
2894         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2895                 *did_some_progress = 1;
2896                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2897                 return NULL;
2898         }
2899
2900         /*
2901          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2902          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2903          * we're still under heavy pressure.
2904          */
2905         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2906                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2907         if (page)
2908                 goto out;
2909
2910         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2911                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2912                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2913                         goto out;
2914                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2915                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2916                         goto out;
2917                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2918                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2919                         goto out;
2920                 if (pm_suspended_storage())
2921                         goto out;
2922                 /*
2923                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
2924                  * other request to make a forward progress.
2925                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
2926                  * do much for this context but let's try it to at least get
2927                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
2928                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
2929                  * failures more gracefully we should just bail out here.
2930                  */
2931
2932                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2933                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2934                         goto out;
2935         }
2936         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2937         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2938                 *did_some_progress = 1;
2939
2940                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
2941                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2942                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
2943                         /*
2944                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
2945                          * are depleted
2946                          */
2947                         if (!page)
2948                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2949                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2950                 }
2951         }
2952 out:
2953         mutex_unlock(&oom_lock);
2954         return page;
2955 }
2956
2957 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2958 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2959 static struct page *
2960 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2961                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2962                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2963                 bool *deferred_compaction)
2964 {
2965         unsigned long compact_result;
2966         struct page *page;
2967
2968         if (!order)
2969                 return NULL;
2970
2971         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2972         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2973                                                 mode, contended_compaction);
2974         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2975
2976         switch (compact_result) {
2977         case COMPACT_DEFERRED:
2978                 *deferred_compaction = true;
2979                 /* fall-through */
2980         case COMPACT_SKIPPED:
2981                 return NULL;
2982         default:
2983                 break;
2984         }
2985
2986         /*
2987          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2988          * count a compaction stall
2989          */
2990         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2991
2992         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2993                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2994
2995         if (page) {
2996                 struct zone *zone = page_zone(page);
2997
2998                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2999                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3000                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3001                 return page;
3002         }
3003
3004         /*
3005          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3006          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3007          */
3008         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3009
3010         cond_resched();
3011
3012         return NULL;
3013 }
3014 #else
3015 static inline struct page *
3016 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3017                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3018                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
3019                 bool *deferred_compaction)
3020 {
3021         return NULL;
3022 }
3023 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3024
3025 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3026 static int
3027 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3028                                         const struct alloc_context *ac)
3029 {
3030         struct reclaim_state reclaim_state;
3031         int progress;
3032
3033         cond_resched();
3034
3035         /* We now go into synchronous reclaim */
3036         cpuset_memory_pressure_bump();
3037         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3038         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3039         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3040         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3041
3042         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3043                                                                 ac->nodemask);
3044
3045         current->reclaim_state = NULL;
3046         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3047         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3048
3049         cond_resched();
3050
3051         return progress;
3052 }
3053
3054 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3055 static inline struct page *
3056 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3057                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3058                 unsigned long *did_some_progress)
3059 {
3060         struct page *page = NULL;
3061         bool drained = false;
3062
3063         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3064         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3065                 return NULL;
3066
3067 retry:
3068         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3069                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3070
3071         /*
3072          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3073          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3074          * Shrink them them and try again
3075          */
3076         if (!page && !drained) {
3077                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3078                 drain_all_pages(NULL);
3079                 drained = true;
3080                 goto retry;
3081         }
3082
3083         return page;
3084 }
3085
3086 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3087 {
3088         struct zoneref *z;
3089         struct zone *zone;
3090
3091         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3092                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
3093                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
3094 }
3095
3096 static inline unsigned int
3097 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3098 {
3099         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3100
3101         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3102         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3103
3104         /*
3105          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3106          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3107          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3108          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3109          */
3110         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3111
3112         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3113                 /*
3114                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3115                  * if it can't schedule.
3116                  */
3117                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3118                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3119                 /*
3120                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3121                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3122                  */
3123                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3124         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3125                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3126
3127         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3128                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3129                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3130                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3131                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3132                 else if (!in_interrupt() &&
3133                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3134                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3135                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3136         }
3137 #ifdef CONFIG_CMA
3138         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3139                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3140 #endif
3141         return alloc_flags;
3142 }
3143
3144 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3145 {
3146         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3147 }
3148
3149 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3150 {
3151         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3152 }
3153
3154 static inline struct page *
3155 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3156                                                 struct alloc_context *ac)
3157 {
3158         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3159         struct page *page = NULL;
3160         unsigned int alloc_flags;
3161         unsigned long pages_reclaimed = 0;
3162         unsigned long did_some_progress;
3163         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3164         bool deferred_compaction = false;
3165         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
3166
3167         /*
3168          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3169          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3170          * be using allocators in order of preference for an area that is
3171          * too large.
3172          */
3173         if (order >= MAX_ORDER) {
3174                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3175                 return NULL;
3176         }
3177
3178         /*
3179          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3180          * callers that are not in atomic context.
3181          */
3182         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3183                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3184                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3185
3186 retry:
3187         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3188                 wake_all_kswapds(order, ac);
3189
3190         /*
3191          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3192          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3193          * to how we want to proceed.
3194          */
3195         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3196
3197         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3198         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3199                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3200         if (page)
3201                 goto got_pg;
3202
3203         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3204         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3205                 /*
3206                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3207                  * the allocation is high priority and these type of
3208                  * allocations are system rather than user orientated
3209                  */
3210                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3211                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3212                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3213                 if (page)
3214                         goto got_pg;
3215         }
3216
3217         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3218         if (!can_direct_reclaim) {
3219                 /*
3220                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3221                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3222                  * to fail.
3223                  */
3224                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3225                 goto nopage;
3226         }
3227
3228         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3229         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3230                 /*
3231                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3232                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3233                  * for somebody to do a work for us.
3234                  */
3235                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3236                         cond_resched();
3237                         goto retry;
3238                 }
3239                 goto nopage;
3240         }
3241
3242         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3243         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3244                 goto nopage;
3245
3246         /*
3247          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3248          * attempts after direct reclaim are synchronous
3249          */
3250         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3251                                         migration_mode,
3252                                         &contended_compaction,
3253                                         &deferred_compaction);
3254         if (page)
3255                 goto got_pg;
3256
3257         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3258         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3259                 /*
3260                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3261                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3262                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3263                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3264                  * instead of entering direct reclaim.
3265                  */
3266                 if (deferred_compaction)
3267                         goto nopage;
3268
3269                 /*
3270                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3271                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3272                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3273                  * so we fallback to base pages instead.
3274                  */
3275                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3276                         goto nopage;
3277
3278                 /*
3279                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3280                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3281                  * khugepaged trying to collapse.
3282                  */
3283                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3284                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3285                         goto nopage;
3286         }
3287
3288         /*
3289          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3290          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3291          * khugepaged trying to collapse.
3292          */
3293         if (!is_thp_gfp_mask(gfp_mask) || (current->flags & PF_KTHREAD))
3294                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3295
3296         /* Try direct reclaim and then allocating */
3297         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3298                                                         &did_some_progress);
3299         if (page)
3300                 goto got_pg;
3301
3302         /* Do not loop if specifically requested */
3303         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3304                 goto noretry;
3305
3306         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3307         pages_reclaimed += did_some_progress;
3308         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3309             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3310                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3311                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3312                 goto retry;
3313         }
3314
3315         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3316         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3317         if (page)
3318                 goto got_pg;
3319
3320         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3321         if (did_some_progress)
3322                 goto retry;
3323
3324 noretry:
3325         /*
3326          * High-order allocations do not necessarily loop after
3327          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3328          * being called after reclaim so call directly if necessary
3329          */
3330         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3331                                             ac, migration_mode,
3332                                             &contended_compaction,
3333                                             &deferred_compaction);
3334         if (page)
3335                 goto got_pg;
3336 nopage:
3337         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3338 got_pg:
3339         return page;
3340 }
3341
3342 /*
3343  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3344  */
3345 struct page *
3346 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3347                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3348 {
3349         struct zoneref *preferred_zoneref;
3350         struct page *page = NULL;
3351         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3352         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_FAIR;
3353         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3354         struct alloc_context ac = {
3355                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3356                 .zonelist = zonelist,
3357                 .nodemask = nodemask,
3358                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3359         };
3360
3361         if (cpusets_enabled()) {
3362                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3363                 if (!ac.nodemask)
3364                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3365         }
3366
3367         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3368
3369         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3370
3371         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3372
3373         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3374                 return NULL;
3375
3376         /*
3377          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3378          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3379          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3380          */
3381         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3382                 return NULL;
3383
3384         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3385                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3386
3387 retry_cpuset:
3388         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3389
3390         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3391         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3392
3393         /* The preferred zone is used for statistics later */
3394         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3395                                 ac.nodemask, &ac.preferred_zone);
3396         if (!ac.preferred_zone)
3397                 goto out;
3398         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3399
3400         /* First allocation attempt */
3401         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
3402         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3403         if (unlikely(!page)) {
3404                 /*
3405                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3406                  * can deadlock because I/O on the device might not
3407                  * complete.
3408                  */
3409                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3410                 ac.spread_dirty_pages = false;
3411
3412                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3413         }
3414
3415         if (kmemcheck_enabled && page)
3416                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3417
3418         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3419
3420 out:
3421         /*
3422          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3423          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3424          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3425          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3426          */
3427         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
3428                 goto retry_cpuset;
3429
3430         return page;
3431 }
3432 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3433
3434 /*
3435  * Common helper functions.
3436  */
3437 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3438 {
3439         struct page *page;
3440
3441         /*
3442          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3443          * a highmem page
3444          */
3445         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3446
3447         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3448         if (!page)
3449                 return 0;
3450         return (unsigned long) page_address(page);
3451 }
3452 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3453
3454 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3455 {
3456         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3457 }
3458 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3459
3460 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3461 {
3462         if (put_page_testzero(page)) {
3463                 if (order == 0)
3464                         free_hot_cold_page(page, false);
3465                 else
3466                         __free_pages_ok(page, order);
3467         }
3468 }
3469
3470 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3471
3472 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3473 {
3474         if (addr != 0) {
3475                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3476                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3477         }
3478 }
3479
3480 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3481
3482 /*
3483  * Page Fragment:
3484  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3485  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3486  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3487  *
3488  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3489  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3490  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3491  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3492  */
3493 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3494                                        gfp_t gfp_mask)
3495 {
3496         struct page *page = NULL;
3497         gfp_t gfp = gfp_mask;
3498
3499 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3500         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3501                     __GFP_NOMEMALLOC;
3502         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3503                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3504         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3505 #endif
3506         if (unlikely(!page))
3507                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3508
3509         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3510
3511         return page;
3512 }
3513
3514 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3515                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3516 {
3517         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3518         struct page *page;
3519         int offset;
3520
3521         if (unlikely(!nc->va)) {
3522 refill:
3523                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3524                 if (!page)
3525                         return NULL;
3526
3527 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3528                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3529                 size = nc->size;
3530 #endif
3531                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3532                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3533                  */
3534                 page_ref_add(page, size - 1);
3535
3536                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3537                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3538                 nc->pagecnt_bias = size;
3539                 nc->offset = size;
3540         }
3541
3542         offset = nc->offset - fragsz;
3543         if (unlikely(offset < 0)) {
3544                 page = virt_to_page(nc->va);
3545
3546                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3547                         goto refill;
3548
3549 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3550                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3551                 size = nc->size;
3552 #endif
3553                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3554                 set_page_count(page, size);
3555
3556                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3557                 nc->pagecnt_bias = size;
3558                 offset = size - fragsz;
3559         }
3560
3561         nc->pagecnt_bias--;
3562         nc->offset = offset;
3563
3564         return nc->va + offset;
3565 }
3566 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3567
3568 /*
3569  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3570  */
3571 void __free_page_frag(void *addr)
3572 {
3573         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3574
3575         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3576                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3577 }
3578 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3579
3580 /*
3581  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3582  * of the current memory cgroup if __GFP_ACCOUNT is set, other than that it is
3583  * equivalent to alloc_pages.
3584  *
3585  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3586  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3587  */
3588 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3589 {
3590         struct page *page;
3591
3592         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3593         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3594                 __free_pages(page, order);
3595                 page = NULL;
3596         }
3597         return page;
3598 }
3599
3600 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3601 {
3602         struct page *page;
3603
3604         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3605         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3606                 __free_pages(page, order);
3607                 page = NULL;
3608         }
3609         return page;
3610 }
3611
3612 /*
3613  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3614  * alloc_kmem_pages.
3615  */
3616 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3617 {
3618         memcg_kmem_uncharge(page, order);
3619         __free_pages(page, order);
3620 }
3621
3622 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3623 {
3624         if (addr != 0) {
3625                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3626                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3627         }
3628 }
3629
3630 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3631                 size_t size)
3632 {
3633         if (addr) {
3634                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3635                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3636
3637                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3638                 while (used < alloc_end) {
3639                         free_page(used);
3640                         used += PAGE_SIZE;
3641                 }
3642         }
3643         return (void *)addr;
3644 }
3645
3646 /**
3647  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3648  * @size: the number of bytes to allocate
3649  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3650  *
3651  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3652  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3653  * allocate memory in power-of-two pages.
3654  *
3655  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3656  *
3657  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3658  */
3659 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3660 {
3661         unsigned int order = get_order(size);
3662         unsigned long addr;
3663
3664         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3665         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3666 }
3667 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3668
3669 /**
3670  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3671  *                         pages on a node.
3672  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3673  * @size: the number of bytes to allocate
3674  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3675  *
3676  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3677  * back.
3678  */
3679 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3680 {
3681         unsigned int order = get_order(size);
3682         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3683         if (!p)
3684                 return NULL;
3685         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3686 }
3687
3688 /**
3689  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3690  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3691  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3692  *
3693  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3694  */
3695 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3696 {
3697         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3698         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3699
3700         while (addr < end) {
3701                 free_page(addr);
3702                 addr += PAGE_SIZE;
3703         }
3704 }
3705 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3706
3707 /**
3708  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3709  * @offset: The zone index of the highest zone
3710  *
3711  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3712  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3713  * zone, the number of pages is calculated as:
3714  *     managed_pages - high_pages
3715  */
3716 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3717 {
3718         struct zoneref *z;
3719         struct zone *zone;
3720
3721         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3722         unsigned long sum = 0;
3723
3724         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3725
3726         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3727                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3728                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3729                 if (size > high)
3730                         sum += size - high;
3731         }
3732
3733         return sum;
3734 }
3735
3736 /**
3737  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3738  *
3739  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3740  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3741  */
3742 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3743 {
3744         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3745 }
3746 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3747
3748 /**
3749  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3750  *
3751  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3752  * high watermark within all zones.
3753  */
3754 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3755 {
3756         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3757 }
3758
3759 static inline void show_node(struct zone *zone)
3760 {
3761         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3762                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3763 }
3764
3765 long si_mem_available(void)
3766 {
3767         long available;
3768         unsigned long pagecache;
3769         unsigned long wmark_low = 0;
3770         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
3771         struct zone *zone;
3772         int lru;
3773
3774         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
3775                 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
3776
3777         for_each_zone(zone)
3778                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
3779
3780         /*
3781          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
3782          * without causing swapping.
3783          */
3784         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
3785
3786         /*
3787          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
3788          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
3789          * low watermark worth of cache, needs to stay.
3790          */
3791         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
3792         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
3793         available += pagecache;
3794
3795         /*
3796          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
3797          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
3798          */
3799         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
3800                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
3801
3802         if (available < 0)
3803                 available = 0;
3804         return available;
3805 }
3806 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
3807
3808 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3809 {
3810         val->totalram = totalram_pages;
3811         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3812         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3813         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3814         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3815         val->freehigh = nr_free_highpages();
3816         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3817 }
3818
3819 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3820
3821 #ifdef CONFIG_NUMA
3822 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3823 {
3824         int zone_type;          /* needs to be signed */
3825         unsigned long managed_pages = 0;
3826         unsigned long managed_highpages = 0;
3827         unsigned long free_highpages = 0;
3828         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3829
3830         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3831                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3832         val->totalram = managed_pages;
3833         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3834         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3835 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3836         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
3837                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
3838
3839                 if (is_highmem(zone)) {
3840                         managed_highpages += zone->managed_pages;
3841                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3842                 }
3843         }
3844         val->totalhigh = managed_highpages;
3845         val->freehigh = free_highpages;
3846 #else
3847         val->totalhigh = managed_highpages;
3848         val->freehigh = free_highpages;
3849 #endif
3850         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3851 }
3852 #endif
3853
3854 /*
3855  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3856  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3857  */
3858 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3859 {
3860         bool ret = false;
3861         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3862
3863         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3864                 goto out;
3865
3866         do {
3867                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3868                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3869         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3870 out:
3871         return ret;
3872 }
3873
3874 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3875
3876 static void show_migration_types(unsigned char type)
3877 {
3878         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3879                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3880                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3881                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3882                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
3883 #ifdef CONFIG_CMA
3884                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3885 #endif
3886 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3887                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3888 #endif
3889         };
3890         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3891         char *p = tmp;
3892         int i;
3893
3894         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3895                 if (type & (1 << i))
3896                         *p++ = types[i];
3897         }
3898
3899         *p = '\0';
3900         printk("(%s) ", tmp);
3901 }
3902
3903 /*
3904  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3905  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3906  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3907  *
3908  * Bits in @filter:
3909  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3910  *   cpuset.
3911  */
3912 void show_free_areas(unsigned int filter)
3913 {
3914         unsigned long free_pcp = 0;
3915         int cpu;
3916         struct zone *zone;
3917
3918         for_each_populated_zone(zone) {
3919                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3920                         continue;
3921
3922                 for_each_online_cpu(cpu)
3923                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3924         }
3925
3926         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3927                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3928                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3929                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3930                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3931                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3932                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3933                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3934                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3935                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3936                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3937                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3938                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3939                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3940                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3941                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3942                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3943                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3944                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3945                 global_page_state(NR_SHMEM),
3946                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3947                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3948                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3949                 free_pcp,
3950                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3951
3952         for_each_populated_zone(zone) {
3953                 int i;
3954
3955                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3956                         continue;
3957
3958                 free_pcp = 0;
3959                 for_each_online_cpu(cpu)
3960                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3961
3962                 show_node(zone);
3963                 printk("%s"
3964                         " free:%lukB"
3965                         " min:%lukB"
3966                         " low:%lukB"
3967                         " high:%lukB"
3968                         " active_anon:%lukB"
3969                         " inactive_anon:%lukB"
3970                         " active_file:%lukB"
3971                         " inactive_file:%lukB"
3972                         " unevictable:%lukB"
3973                         " isolated(anon):%lukB"
3974                         " isolated(file):%lukB"
3975                         " present:%lukB"
3976                         " managed:%lukB"
3977                         " mlocked:%lukB"
3978                         " dirty:%lukB"
3979                         " writeback:%lukB"
3980                         " mapped:%lukB"
3981                         " shmem:%lukB"
3982                         " slab_reclaimable:%lukB"
3983                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3984                         " kernel_stack:%lukB"
3985                         " pagetables:%lukB"
3986                         " unstable:%lukB"
3987                         " bounce:%lukB"
3988                         " free_pcp:%lukB"
3989                         " local_pcp:%ukB"
3990                         " free_cma:%lukB"
3991                         " writeback_tmp:%lukB"
3992                         " pages_scanned:%lu"
3993                         " all_unreclaimable? %s"
3994                         "\n",
3995                         zone->name,
3996                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3997                         K(min_wmark_pages(zone)),
3998                         K(low_wmark_pages(zone)),
3999                         K(high_wmark_pages(zone)),
4000                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
4001                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
4002                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
4003                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
4004                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
4005                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
4006                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
4007                         K(zone->present_pages),
4008                         K(zone->managed_pages),
4009                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4010                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
4011                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
4012                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
4013                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
4014                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4015                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4016                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
4017                                 THREAD_SIZE / 1024,
4018                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4019                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
4020                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4021                         K(free_pcp),
4022                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4023                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
4024                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4025                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
4026                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
4027                         );
4028                 printk("lowmem_reserve[]:");
4029                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4030                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4031                 printk("\n");
4032         }
4033
4034         for_each_populated_zone(zone) {
4035                 unsigned int order;
4036                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4037                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4038
4039                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4040                         continue;
4041                 show_node(zone);
4042                 printk("%s: ", zone->name);
4043
4044                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4045                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4046                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4047                         int type;
4048
4049                         nr[order] = area->nr_free;
4050                         total += nr[order] << order;
4051
4052                         types[order] = 0;
4053                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4054                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4055                                         types[order] |= 1 << type;
4056                         }
4057                 }
4058                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4059                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4060                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4061                         if (nr[order])
4062                                 show_migration_types(types[order]);
4063                 }
4064                 printk("= %lukB\n", K(total));
4065         }
4066
4067         hugetlb_show_meminfo();
4068
4069         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
4070
4071         show_swap_cache_info();
4072 }
4073
4074 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4075 {
4076         zoneref->zone = zone;
4077         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4078 }
4079
4080 /*
4081  * Builds allocation fallback zone lists.
4082  *
4083  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4084  */
4085 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4086                                 int nr_zones)
4087 {
4088         struct zone *zone;
4089         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4090
4091         do {
4092                 zone_type--;
4093                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4094                 if (populated_zone(zone)) {
4095                         zoneref_set_zone(zone,
4096                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4097                         check_highest_zone(zone_type);
4098                 }
4099         } while (zone_type);
4100
4101         return nr_zones;
4102 }
4103
4104
4105 /*
4106  *  zonelist_order:
4107  *  0 = automatic detection of better ordering.
4108  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4109  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4110  *
4111  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4112  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4113  */
4114 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4115 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4116 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4117
4118 /* zonelist order in the kernel.
4119  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4120  */
4121 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4122 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4123
4124
4125 #ifdef CONFIG_NUMA
4126 /* The value user specified ....changed by config */
4127 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4128 /* string for sysctl */
4129 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4130 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4131
4132 /*
4133  * interface for configure zonelist ordering.
4134  * command line option "numa_zonelist_order"
4135  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4136  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4137  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4138  */
4139
4140 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4141 {
4142         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4143                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4144         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4145                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4146         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4147                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4148         } else {
4149                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4150                 return -EINVAL;
4151         }
4152         return 0;
4153 }
4154
4155 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4156 {
4157         int ret;
4158
4159         if (!s)
4160                 return 0;
4161
4162         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4163         if (ret == 0)
4164                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4165
4166         return ret;
4167 }
4168 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4169
4170 /*
4171  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4172  */
4173 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4174                 void __user *buffer, size_t *length,
4175                 loff_t *ppos)
4176 {
4177         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4178         int ret;
4179         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4180
4181         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4182         if (write) {
4183                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4184                         ret = -EINVAL;
4185                         goto out;
4186                 }
4187                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4188         }
4189         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4190         if (ret)
4191                 goto out;
4192         if (write) {
4193                 int oldval = user_zonelist_order;
4194
4195                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4196                 if (ret) {
4197                         /*
4198                          * bogus value.  restore saved string
4199                          */
4200                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4201                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4202                         user_zonelist_order = oldval;
4203                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4204                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4205                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4206                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4207                 }
4208         }
4209 out:
4210         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4211         return ret;
4212 }
4213
4214
4215 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4216 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4217
4218 /**
4219  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4220  * @node: node whose fallback list we're appending
4221  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4222  *
4223  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4224  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4225  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4226  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4227  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4228  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4229  * on them otherwise.
4230  * It returns -1 if no node is found.
4231  */
4232 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4233 {
4234         int n, val;
4235         int min_val = INT_MAX;
4236         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4237         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4238
4239         /* Use the local node if we haven't already */
4240         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4241                 node_set(node, *used_node_mask);
4242                 return node;
4243         }
4244
4245         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4246
4247                 /* Don't want a node to appear more than once */
4248                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4249                         continue;
4250
4251                 /* Use the distance array to find the distance */
4252                 val = node_distance(node, n);
4253
4254                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4255                 val += (n < node);
4256
4257                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4258                 tmp = cpumask_of_node(n);
4259                 if (!cpumask_empty(tmp))
4260                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4261
4262                 /* Slight preference for less loaded node */
4263                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4264                 val += node_load[n];
4265
4266                 if (val < min_val) {
4267                         min_val = val;
4268                         best_node = n;
4269                 }
4270         }
4271
4272         if (best_node >= 0)
4273                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4274
4275         return best_node;
4276 }
4277
4278
4279 /*
4280  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4281  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4282  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4283  */
4284 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4285 {
4286         int j;
4287         struct zonelist *zonelist;
4288
4289         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4290         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4291                 ;
4292         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4293         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4294         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4295 }
4296
4297 /*
4298  * Build gfp_thisnode zonelists
4299  */
4300 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4301 {
4302         int j;
4303         struct zonelist *zonelist;
4304
4305         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4306         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4307         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4308         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4309 }
4310
4311 /*
4312  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4313  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4314  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4315  * may still exist in local DMA zone.
4316  */
4317 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4318
4319 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4320 {
4321         int pos, j, node;
4322         int zone_type;          /* needs to be signed */
4323         struct zone *z;
4324         struct zonelist *zonelist;
4325
4326         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4327         pos = 0;
4328         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4329                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4330                         node = node_order[j];
4331                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4332                         if (populated_zone(z)) {
4333                                 zoneref_set_zone(z,
4334                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4335                                 check_highest_zone(zone_type);
4336                         }
4337                 }
4338         }
4339         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4340         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4341 }
4342
4343 #if defined(CONFIG_64BIT)
4344 /*
4345  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4346  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4347  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4348  */
4349 static int default_zonelist_order(void)
4350 {
4351         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4352 }
4353 #else
4354 /*
4355  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4356  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4357  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4358  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4359  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4360  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4361  */
4362 static int default_zonelist_order(void)
4363 {
4364         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4365 }
4366 #endif /* CONFIG_64BIT */
4367
4368 static void set_zonelist_order(void)
4369 {
4370         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4371                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4372         else
4373                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4374 }
4375
4376 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4377 {
4378         int i, node, load;
4379         nodemask_t used_mask;
4380         int local_node, prev_node;
4381         struct zonelist *zonelist;
4382         unsigned int order = current_zonelist_order;
4383
4384         /* initialize zonelists */
4385         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4386                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4387                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4388                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4389         }
4390
4391         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4392         local_node = pgdat->node_id;
4393         load = nr_online_nodes;
4394         prev_node = local_node;
4395         nodes_clear(used_mask);
4396
4397         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4398         i = 0;
4399
4400         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4401                 /*
4402                  * We don't want to pressure a particular node.
4403                  * So adding penalty to the first node in same
4404                  * distance group to make it round-robin.
4405                  */
4406                 if (node_distance(local_node, node) !=
4407                     node_distance(local_node, prev_node))
4408                         node_load[node] = load;
4409
4410                 prev_node = node;
4411                 load--;
4412                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4413                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4414                 else
4415                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4416         }
4417
4418         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4419                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4420                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4421         }
4422
4423         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4424 }
4425
4426 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4427 /*
4428  * Return node id of node used for "local" allocations.
4429  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4430  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4431  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4432  */
4433 int local_memory_node(int node)
4434 {
4435         struct zone *zone;
4436
4437         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4438                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4439                                    NULL,
4440                                    &zone);
4441         return zone->node;
4442 }
4443 #endif
4444
4445 #else   /* CONFIG_NUMA */
4446
4447 static void set_zonelist_order(void)
4448 {
4449         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4450 }
4451
4452 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4453 {
4454         int node, local_node;
4455         enum zone_type j;
4456         struct zonelist *zonelist;
4457
4458         local_node = pgdat->node_id;
4459
4460         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4461         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4462
4463         /*
4464          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4465          * of all the other nodes.
4466          * We don't want to pressure a particular node, so when
4467          * building the zones for node N, we make sure that the
4468          * zones coming right after the local ones are those from
4469          * node N+1 (modulo N)
4470          */
4471         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4472                 if (!node_online(node))
4473                         continue;
4474                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4475         }
4476         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4477                 if (!node_online(node))
4478                         continue;
4479                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4480         }
4481
4482         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4483         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4484 }
4485
4486 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4487
4488 /*
4489  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4490  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4491  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4492  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4493  * with interrupts disabled.
4494  *
4495  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4496  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4497  * hotplugged processors.
4498  *
4499  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4500  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4501  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4502  */
4503 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4504 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4505 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4506
4507 /*
4508  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4509  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4510  */
4511 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4512
4513 /* return values int ....just for stop_machine() */
4514 static int __build_all_zonelists(void *data)
4515 {
4516         int nid;
4517         int cpu;
4518         pg_data_t *self = data;
4519
4520 #ifdef CONFIG_NUMA
4521         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4522 #endif
4523
4524         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4525                 build_zonelists(self);
4526         }
4527
4528         for_each_online_node(nid) {
4529                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4530
4531                 build_zonelists(pgdat);
4532         }
4533
4534         /*
4535          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4536          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4537          * each zone will be allocated later when the per cpu
4538          * allocator is available.
4539          *
4540          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4541          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4542          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4543          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4544          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4545          * (a chicken-egg dilemma).
4546          */
4547         for_each_possible_cpu(cpu) {
4548                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4549
4550 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4551                 /*
4552                  * We now know the "local memory node" for each node--
4553                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4554                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4555                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4556                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4557                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4558                  */
4559                 if (cpu_online(cpu))
4560                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4561 #endif
4562         }
4563
4564         return 0;
4565 }
4566
4567 static noinline void __init
4568 build_all_zonelists_init(void)
4569 {
4570         __build_all_zonelists(NULL);
4571         mminit_verify_zonelist();
4572         cpuset_init_current_mems_allowed();
4573 }
4574
4575 /*
4576  * Called with zonelists_mutex held always
4577  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4578  *
4579  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4580  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4581  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4582  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4583  */
4584 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4585 {
4586         set_zonelist_order();
4587
4588         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4589                 build_all_zonelists_init();
4590         } else {
4591 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4592                 if (zone)
4593                         setup_zone_pageset(zone);
4594 #endif
4595                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4596                    of zonelist */
4597                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4598                 /* cpuset refresh routine should be here */
4599         }
4600         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4601         /*
4602          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4603          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4604          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4605          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4606          * disabled and enable it later
4607          */
4608         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4609                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4610         else
4611                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4612
4613         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
4614                 nr_online_nodes,
4615                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4616                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4617                 vm_total_pages);
4618 #ifdef CONFIG_NUMA
4619         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4620 #endif
4621 }
4622
4623 /*
4624  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4625  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4626  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4627  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4628  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4629  * conservative, even though it seems large.
4630  *
4631  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4632  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4633  */
4634 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4635
4636 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4637 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4638 {
4639         unsigned long size = 1;
4640
4641         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4642
4643         while (size < pages)
4644                 size <<= 1;
4645
4646         /*
4647          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4648          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4649          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4650          */
4651         size = min(size, 4096UL);
4652
4653         return max(size, 4UL);
4654 }
4655 #else
4656 /*
4657  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4658  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4659  *
4660  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4661  *
4662  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4663  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4664  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4665  *
4666  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4667  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4668  *
4669  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4670  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4671  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4672  */
4673 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4674 {
4675         return 4096UL;
4676 }
4677 #endif
4678
4679 /*
4680  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4681  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4682  * hash function before the remainder is taken.
4683  */
4684 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4685 {
4686         return ffz(~size);
4687 }
4688
4689 /*
4690  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4691  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4692  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4693  */
4694 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4695                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4696 {
4697         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
4698         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4699         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4700         unsigned long pfn;
4701         unsigned long nr_initialised = 0;
4702 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4703         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
4704 #endif
4705
4706         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4707                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4708
4709         /*
4710          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
4711          * memory
4712          */
4713         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
4714                 start_pfn += altmap->reserve;
4715
4716         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4717                 /*
4718                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
4719                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
4720                  */
4721                 if (context != MEMMAP_EARLY)
4722                         goto not_early;
4723
4724                 if (!early_pfn_valid(pfn))
4725                         continue;
4726                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4727                         continue;
4728                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
4729                         break;
4730
4731 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4732                 /*
4733                  * If not mirrored_kernelcore and ZONE_MOVABLE exists, range
4734                  * from zone_movable_pfn[nid] to end of each node should be
4735                  * ZONE_MOVABLE not ZONE_NORMAL. skip it.
4736                  */
4737                 if (!mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid])
4738                         if (zone == ZONE_NORMAL && pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4739                                 continue;
4740
4741                 /*
4742                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
4743                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
4744                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
4745                  */
4746                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
4747                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
4748                                 for_each_memblock(memory, tmp)
4749                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
4750                                                 break;
4751                                 r = tmp;
4752                         }
4753                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
4754                             memblock_is_mirror(r)) {
4755                                 /* already initialized as NORMAL */
4756                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
4757                                 continue;
4758                         }
4759                 }
4760 #endif
4761
4762 not_early:
4763                 /*
4764                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4765                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4766                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4767                  * the address space during boot when many long-lived
4768                  * kernel allocations are made.
4769                  *
4770                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4771                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4772                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4773                  * pfn out of zone.
4774                  */
4775                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4776                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4777
4778                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4779                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4780                 } else {
4781                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4782                 }
4783         }
4784 }
4785
4786 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4787 {
4788         unsigned int order, t;
4789         for_each_migratetype_order(order, t) {
4790                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4791                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4792         }
4793 }
4794
4795 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4796 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4797         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4798 #endif
4799
4800 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4801 {
4802 #ifdef CONFIG_MMU
4803         int batch;
4804
4805         /*
4806          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4807          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4808          *
4809          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4810          */
4811         batch = zone->managed_pages / 1024;
4812         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4813                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4814         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4815         if (batch < 1)
4816                 batch = 1;
4817
4818         /*
4819          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4820          * of 2 value was found to be more likely to have
4821          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4822          *
4823          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4824          * batches of pages, one task can end up with a lot
4825          * of pages of one half of the possible page colors
4826          * and the other with pages of the other colors.
4827          */
4828         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4829
4830         return batch;
4831
4832 #else
4833         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4834          * conditions.
4835          *
4836          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4837          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4838          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4839          *
4840          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4841          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4842          * can be a significant delay between the individual batches being
4843          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4844          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4845          */
4846         return 0;
4847 #endif
4848 }
4849
4850 /*
4851  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4852  * ->batch must never be higher then ->high.
4853  * The following function updates them in a safe manner without read side
4854  * locking.
4855  *
4856  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4857  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4858  *
4859  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4860  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4861  * exist).
4862  */
4863 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4864                 unsigned long batch)
4865 {
4866        /* start with a fail safe value for batch */
4867         pcp->batch = 1;
4868         smp_wmb();
4869
4870        /* Update high, then batch, in order */
4871         pcp->high = high;
4872         smp_wmb();
4873
4874         pcp->batch = batch;
4875 }
4876
4877 /* a companion to pageset_set_high() */
4878 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4879 {
4880         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4881 }
4882
4883 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4884 {
4885         struct per_cpu_pages *pcp;
4886         int migratetype;
4887
4888         memset(p, 0, sizeof(*p));
4889
4890         pcp = &p->pcp;
4891         pcp->count = 0;
4892         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4893                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4894 }
4895
4896 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4897 {
4898         pageset_init(p);
4899         pageset_set_batch(p, batch);
4900 }
4901
4902 /*
4903  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4904  * to the value high for the pageset p.
4905  */
4906 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4907                                 unsigned long high)
4908 {
4909         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4910         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4911                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4912
4913         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4914 }
4915
4916 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4917                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4918 {
4919         if (percpu_pagelist_fraction)
4920                 pageset_set_high(pcp,
4921                         (zone->managed_pages /
4922                                 percpu_pagelist_fraction));
4923         else
4924                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4925 }
4926
4927 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4928 {
4929         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4930
4931         pageset_init(pcp);
4932         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4933 }
4934
4935 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4936 {
4937         int cpu;
4938         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4939         for_each_possible_cpu(cpu)
4940                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4941 }
4942
4943 /*
4944  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4945  * Before this call only boot pagesets were available.
4946  */
4947 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4948 {
4949         struct zone *zone;
4950
4951         for_each_populated_zone(zone)
4952                 setup_zone_pageset(zone);
4953 }
4954
4955 static noinline __init_refok
4956 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4957 {
4958         int i;
4959         size_t alloc_size;
4960
4961         /*
4962          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4963          * per zone.
4964          */
4965         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4966                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4967         zone->wait_table_bits =
4968                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4969         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4970                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4971
4972         if (!slab_is_available()) {
4973                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4974                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4975                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4976         } else {
4977                 /*
4978                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4979                  * via memory hot-add.
4980                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4981                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4982                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4983                  * node itself as well.
4984                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4985                  * necessary.
4986                  */
4987                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4988         }
4989         if (!zone->wait_table)
4990                 return -ENOMEM;
4991
4992         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4993                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4994
4995         return 0;
4996 }
4997
4998 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4999 {
5000         /*
5001          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5002          * relies on the ability of the linker to provide the
5003          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5004          */
5005         zone->pageset = &boot_pageset;
5006
5007         if (populated_zone(zone))
5008                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5009                         zone->name, zone->present_pages,
5010                                          zone_batchsize(zone));
5011 }
5012
5013 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5014                                         unsigned long zone_start_pfn,
5015                                         unsigned long size)
5016 {
5017         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5018         int ret;
5019         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5020         if (ret)
5021                 return ret;
5022         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5023
5024         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5025
5026         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5027                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5028                         pgdat->node_id,
5029                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5030                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5031
5032         zone_init_free_lists(zone);
5033
5034         return 0;
5035 }
5036
5037 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5038 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5039
5040 /*
5041  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5042  */
5043 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5044                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5045 {
5046         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5047         int nid;
5048
5049         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5050                 return state->last_nid;
5051
5052         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5053         if (nid != -1) {
5054                 state->last_start = start_pfn;
5055                 state->last_end = end_pfn;
5056                 state->last_nid = nid;
5057         }
5058
5059         return nid;
5060 }
5061 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5062
5063 /**
5064  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5065  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5066  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5067  *
5068  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5069  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5070  * memblock_free_early_nid() manually.
5071  */
5072 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5073 {
5074         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5075         int i, this_nid;
5076
5077         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5078                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5079                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5080
5081                 if (start_pfn < end_pfn)
5082                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5083                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5084                                         this_nid);
5085         }
5086 }
5087
5088 /**
5089  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5090  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5091  *
5092  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5093  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5094  */
5095 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5096 {
5097         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5098         int i, this_nid;
5099
5100         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5101                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5102 }
5103
5104 /**
5105  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5106  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5107  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5108  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5109  *
5110  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5111  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5112  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5113  * PFNs will be 0.
5114  */
5115 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5116                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5117 {
5118         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5119         int i;
5120
5121         *start_pfn = -1UL;
5122         *end_pfn = 0;
5123
5124         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5125                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5126                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5127         }
5128
5129         if (*start_pfn == -1UL)
5130                 *start_pfn = 0;
5131 }
5132
5133 /*
5134  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5135  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5136  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5137  */
5138 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5139 {
5140         int zone_index;
5141         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5142                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5143                         continue;
5144
5145                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5146                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5147                         break;
5148         }
5149
5150         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5151         movable_zone = zone_index;
5152 }
5153
5154 /*
5155  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5156  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5157  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5158  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5159  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5160  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5161  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5162  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5163  */
5164 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5165                                         unsigned long zone_type,
5166                                         unsigned long node_start_pfn,
5167                                         unsigned long node_end_pfn,
5168                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5169                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5170 {
5171         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5172         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5173                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5174                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5175                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5176                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5177                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5178
5179                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5180                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5181                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5182         }
5183 }
5184
5185 /*
5186  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5187  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5188  */
5189 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5190                                         unsigned long zone_type,
5191                                         unsigned long node_start_pfn,
5192                                         unsigned long node_end_pfn,
5193                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5194                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5195                                         unsigned long *ignored)
5196 {
5197         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5198         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5199                 return 0;
5200
5201         /* Get the start and end of the zone */
5202         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5203         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5204         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5205                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5206                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5207
5208         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5209         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5210                 return 0;
5211
5212         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5213         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5214         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5215
5216         /* Return the spanned pages */
5217         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5218 }
5219
5220 /*
5221  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5222  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5223  */
5224 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5225                                 unsigned long range_start_pfn,
5226                                 unsigned long range_end_pfn)
5227 {
5228         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5229         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5230         int i;
5231
5232         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5233                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5234                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5235                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5236         }
5237         return nr_absent;
5238 }
5239
5240 /**
5241  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5242  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5243  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5244  *
5245  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5246  */
5247 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5248                                                         unsigned long end_pfn)
5249 {
5250         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5251 }
5252
5253 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5254 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5255                                         unsigned long zone_type,
5256                                         unsigned long node_start_pfn,
5257                                         unsigned long node_end_pfn,
5258                                         unsigned long *ignored)
5259 {
5260         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5261         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5262         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5263         unsigned long nr_absent;
5264
5265         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5266         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5267                 return 0;
5268
5269         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5270         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5271
5272         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5273                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5274                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5275         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5276
5277         /*
5278          * ZONE_MOVABLE handling.
5279          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5280          * and vice versa.
5281          */
5282         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5283                 if (mirrored_kernelcore) {
5284                         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5285                         struct memblock_region *r;
5286
5287                         for_each_memblock(memory, r) {
5288                                 start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5289                                                   zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5290                                 end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5291                                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5292
5293                                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5294                                     memblock_is_mirror(r))
5295                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5296
5297                                 if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5298                                     !memblock_is_mirror(r))
5299                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5300                         }
5301                 } else {
5302                         if (zone_type == ZONE_NORMAL)
5303                                 nr_absent += node_end_pfn - zone_movable_pfn[nid];
5304                 }
5305         }
5306
5307         return nr_absent;
5308 }
5309
5310 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5311 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5312                                         unsigned long zone_type,
5313                                         unsigned long node_start_pfn,
5314                                         unsigned long node_end_pfn,
5315                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5316                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5317                                         unsigned long *zones_size)
5318 {
5319         unsigned int zone;
5320
5321         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5322         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5323                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5324
5325         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5326
5327         return zones_size[zone_type];
5328 }
5329
5330 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5331                                                 unsigned long zone_type,
5332                                                 unsigned long node_start_pfn,
5333                                                 unsigned long node_end_pfn,
5334                                                 unsigned long *zholes_size)
5335 {
5336         if (!zholes_size)
5337                 return 0;
5338
5339         return zholes_size[zone_type];
5340 }
5341
5342 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5343
5344 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5345                                                 unsigned long node_start_pfn,
5346                                                 unsigned long node_end_pfn,
5347                                                 unsigned long *zones_size,
5348                                                 unsigned long *zholes_size)
5349 {
5350         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5351         enum zone_type i;
5352
5353         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5354                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5355                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5356                 unsigned long size, real_size;
5357
5358                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5359                                                   node_start_pfn,
5360                                                   node_end_pfn,
5361                                                   &zone_start_pfn,
5362                                                   &zone_end_pfn,
5363                                                   zones_size);
5364                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5365                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5366                                                   zholes_size);
5367                 if (size)
5368                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5369                 else
5370                         zone->zone_start_pfn = 0;
5371                 zone->spanned_pages = size;
5372                 zone->present_pages = real_size;
5373
5374                 totalpages += size;
5375                 realtotalpages += real_size;
5376         }
5377
5378         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5379         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5380         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5381                                                         realtotalpages);
5382 }
5383
5384 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5385 /*
5386  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5387  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5388  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5389  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5390  * bytes.
5391  */
5392 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5393 {
5394         unsigned long usemapsize;
5395
5396         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5397         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5398         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5399         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5400         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5401
5402         return usemapsize / 8;
5403 }
5404
5405 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5406                                 struct zone *zone,
5407                                 unsigned long zone_start_pfn,
5408                                 unsigned long zonesize)
5409 {
5410         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5411         zone->pageblock_flags = NULL;
5412         if (usemapsize)
5413                 zone->pageblock_flags =
5414                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5415                                                          pgdat->node_id);
5416 }
5417 #else
5418 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5419                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5420 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5421
5422 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5423
5424 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5425 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5426 {
5427         unsigned int order;
5428
5429         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5430         if (pageblock_order)
5431                 return;
5432
5433         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5434                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5435         else
5436                 order = MAX_ORDER - 1;
5437
5438         /*
5439          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5440          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5441          * powerpc.
5442          */
5443         pageblock_order = order;
5444 }
5445 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5446
5447 /*
5448  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5449  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5450  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5451  * the kernel config
5452  */
5453 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5454 {
5455 }
5456
5457 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5458
5459 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5460                                                    unsigned long present_pages)
5461 {
5462         unsigned long pages = spanned_pages;
5463
5464         /*
5465          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5466          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5467          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5468          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5469          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5470          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5471          */
5472         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5473             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5474                 pages = present_pages;
5475
5476         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5477 }
5478
5479 /*
5480  * Set up the zone data structures:
5481  *   - mark all pages reserved
5482  *   - mark all memory queues empty
5483  *   - clear the memory bitmaps
5484  *
5485  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5486  */
5487 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5488 {
5489         enum zone_type j;
5490         int nid = pgdat->node_id;
5491         int ret;
5492
5493         pgdat_resize_init(pgdat);
5494 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5495         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5496         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5497         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5498 #endif
5499 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5500         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5501         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5502         pgdat->split_queue_len = 0;
5503 #endif
5504         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5505         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5506 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5507         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5508 #endif
5509         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5510
5511         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5512                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5513                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5514                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5515
5516                 size = zone->spanned_pages;
5517                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5518
5519                 /*
5520                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5521                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5522                  * and per-cpu initialisations
5523                  */
5524                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5525                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5526                         if (freesize >= memmap_pages) {
5527                                 freesize -= memmap_pages;
5528                                 if (memmap_pages)
5529                                         printk(KERN_DEBUG
5530                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5531                                                zone_names[j], memmap_pages);
5532                         } else
5533                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5534                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5535                 }
5536
5537                 /* Account for reserved pages */
5538                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5539                         freesize -= dma_reserve;
5540                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5541                                         zone_names[0], dma_reserve);
5542                 }
5543
5544                 if (!is_highmem_idx(j))
5545                         nr_kernel_pages += freesize;
5546                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5547                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5548                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5549                 nr_all_pages += freesize;
5550
5551                 /*
5552                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5553                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5554                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5555                  */
5556                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5557 #ifdef CONFIG_NUMA
5558                 zone->node = nid;
5559                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5560                                                 / 100;
5561                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5562 #endif
5563                 zone->name = zone_names[j];
5564                 spin_lock_init(&zone->lock);
5565                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5566                 zone_seqlock_init(zone);
5567                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5568                 zone_pcp_init(zone);
5569
5570                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5571                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5572
5573                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5574                 if (!size)
5575                         continue;
5576
5577                 set_pageblock_order();
5578                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5579                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5580                 BUG_ON(ret);
5581                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5582         }
5583 }
5584
5585 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5586 {
5587         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5588         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5589
5590         /* Skip empty nodes */
5591         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5592                 return;
5593
5594 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5595         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5596         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5597         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5598         if (!pgdat->node_mem_map) {
5599                 unsigned long size, end;
5600                 struct page *map;
5601
5602                 /*
5603                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5604                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5605                  * for the buddy allocator to function correctly.
5606                  */
5607                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5608                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5609                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5610                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5611                 if (!map)
5612                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5613                                                                pgdat->node_id);
5614                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5615         }
5616 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5617         /*
5618          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5619          */
5620         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5621                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5622 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5623                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5624                         mem_map -= offset;
5625 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5626         }
5627 #endif
5628 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5629 }
5630
5631 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5632                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5633 {
5634         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5635         unsigned long start_pfn = 0;
5636         unsigned long end_pfn = 0;
5637
5638         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5639         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5640
5641         reset_deferred_meminit(pgdat);
5642         pgdat->node_id = nid;
5643         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5644 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5645         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5646         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5647                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5648                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5649 #else
5650         start_pfn = node_start_pfn;
5651 #endif
5652         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5653                                   zones_size, zholes_size);
5654
5655         alloc_node_mem_map(pgdat);
5656 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5657         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5658                 nid, (unsigned long)pgdat,
5659                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5660 #endif
5661
5662         free_area_init_core(pgdat);
5663 }
5664
5665 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5666
5667 #if MAX_NUMNODES > 1
5668 /*
5669  * Figure out the number of possible node ids.
5670  */
5671 void __init setup_nr_node_ids(void)
5672 {
5673         unsigned int highest;
5674
5675         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5676         nr_node_ids = highest + 1;
5677 }
5678 #endif
5679
5680 /**
5681  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5682  *
5683  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5684  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5685  * all the nodes.
5686  *
5687  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5688  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5689  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5690  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5691  *
5692  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5693  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5694  * populated node map.
5695  *
5696  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5697  * requirement (single node).
5698  */
5699 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5700 {
5701         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5702         unsigned long start, end, mask;
5703         int last_nid = -1;
5704         int i, nid;
5705
5706         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5707                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5708                         last_nid = nid;
5709                         last_end = end;
5710                         continue;
5711                 }
5712
5713                 /*
5714                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5715                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5716                  * too coarse to separate the current node from the last.
5717                  */
5718                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5719                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5720                         mask <<= 1;
5721
5722                 /* accumulate all internode masks */
5723                 accl_mask |= mask;
5724         }
5725
5726         /* convert mask to number of pages */
5727         return ~accl_mask + 1;
5728 }
5729
5730 /* Find the lowest pfn for a node */
5731 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5732 {
5733         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5734         unsigned long start_pfn;
5735         int i;
5736
5737         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5738                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5739
5740         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5741                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5742                 return 0;
5743         }
5744
5745         return min_pfn;
5746 }
5747
5748 /**
5749  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5750  *
5751  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5752  * memblock_set_node().
5753  */
5754 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5755 {
5756         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5757 }
5758
5759 /*
5760  * early_calculate_totalpages()
5761  * Sum pages in active regions for movable zone.
5762  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5763  */
5764 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5765 {
5766         unsigned long totalpages = 0;
5767         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5768         int i, nid;
5769
5770         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5771                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5772
5773                 totalpages += pages;
5774                 if (pages)
5775                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5776         }
5777         return totalpages;
5778 }
5779
5780 /*
5781  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5782  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5783  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5784  * others
5785  */
5786 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5787 {
5788         int i, nid;
5789         unsigned long usable_startpfn;
5790         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5791         /* save the state before borrow the nodemask */
5792         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5793         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5794         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5795         struct memblock_region *r;
5796
5797         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5798         find_usable_zone_for_movable();
5799
5800         /*
5801          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5802          * options.
5803          */
5804         if (movable_node_is_enabled()) {
5805                 for_each_memblock(memory, r) {
5806                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5807                                 continue;
5808
5809                         nid = r->nid;
5810
5811                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5812                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5813                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5814                                 usable_startpfn;
5815                 }
5816
5817                 goto out2;
5818         }
5819
5820         /*
5821          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
5822          */
5823         if (mirrored_kernelcore) {
5824                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
5825
5826                 for_each_memblock(memory, r) {
5827                         if (memblock_is_mirror(r))
5828                                 continue;
5829
5830                         nid = r->nid;
5831
5832                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
5833
5834                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
5835                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
5836                                 continue;
5837                         }
5838
5839                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5840                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5841                                 usable_startpfn;
5842                 }
5843
5844                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
5845                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
5846
5847                 goto out2;
5848         }
5849
5850         /*
5851          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5852          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5853          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5854          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5855          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5856          * what movablecore would have allowed.
5857          */
5858         if (required_movablecore) {
5859                 unsigned long corepages;
5860
5861                 /*
5862                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5863                  * was requested by the user
5864                  */
5865                 required_movablecore =
5866                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5867                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
5868                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5869
5870                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5871         }
5872
5873         /*
5874          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
5875          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
5876          */
5877         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
5878                 goto out;
5879
5880         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5881         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5882
5883 restart:
5884         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5885         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5886         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5887                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5888
5889                 /*
5890                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5891                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5892                  * amount of memory for the kernel
5893                  */
5894                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5895                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5896
5897                 /*
5898                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5899                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5900                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5901                  */
5902                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5903
5904                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5905                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5906                         unsigned long size_pages;
5907
5908                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5909                         if (start_pfn >= end_pfn)
5910                                 continue;
5911
5912                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5913                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5914                                 unsigned long kernel_pages;
5915                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5916                                                                 - start_pfn;
5917
5918                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5919                                                         kernelcore_remaining);
5920                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5921                                                         required_kernelcore);
5922
5923                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5924                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5925
5926                                         /*
5927                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5928                                          * that if we have to rebalance
5929                                          * kernelcore across nodes, we will
5930                                          * not double account here
5931                                          */
5932                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5933                                         continue;
5934                                 }
5935                                 start_pfn = usable_startpfn;
5936                         }
5937
5938                         /*
5939                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5940                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5941                          * number of pages used as kernelcore
5942                          */
5943                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5944                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5945                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5946                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5947
5948                         /*
5949                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5950                          * break if the kernelcore for this node has been
5951                          * satisfied
5952                          */
5953                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5954                                                                 size_pages);
5955                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5956                         if (!kernelcore_remaining)
5957                                 break;
5958                 }
5959         }
5960
5961         /*
5962          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5963          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5964          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5965          * satisfied
5966          */
5967         usable_nodes--;
5968         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5969                 goto restart;
5970
5971 out2:
5972         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5973         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5974                 zone_movable_pfn[nid] =
5975                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5976
5977 out:
5978         /* restore the node_state */
5979         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5980 }
5981
5982 /* Any regular or high memory on that node ? */
5983 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5984 {
5985         enum zone_type zone_type;
5986
5987         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5988                 return;
5989
5990         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5991                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5992                 if (populated_zone(zone)) {
5993                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5994                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5995                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5996                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5997                         break;
5998                 }
5999         }
6000 }
6001
6002 /**
6003  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6004  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6005  *
6006  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6007  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6008  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6009  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6010  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6011  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6012  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6013  * at arch_max_dma_pfn.
6014  */
6015 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6016 {
6017         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6018         int i, nid;
6019
6020         /* Record where the zone boundaries are */
6021         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6022                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6023         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6024                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6025         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
6026         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
6027         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6028                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6029                         continue;
6030                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
6031                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
6032                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
6033                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
6034         }
6035         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6036         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6037
6038         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6039         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6040         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6041
6042         /* Print out the zone ranges */
6043         pr_info("Zone ranges:\n");
6044         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6045                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6046                         continue;
6047                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6048                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6049                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6050                         pr_cont("empty\n");
6051                 else
6052                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6053                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6054                                         << PAGE_SHIFT,
6055                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6056                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6057         }
6058
6059         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6060         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6061         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6062                 if (zone_movable_pfn[i])
6063                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6064                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6065         }
6066
6067         /* Print out the early node map */
6068         pr_info("Early memory node ranges\n");
6069         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6070                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6071                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6072                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6073
6074         /* Initialise every node */
6075         mminit_verify_pageflags_layout();
6076         setup_nr_node_ids();
6077         for_each_online_node(nid) {
6078                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6079                 free_area_init_node(nid, NULL,
6080                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6081
6082                 /* Any memory on that node */
6083                 if (pgdat->node_present_pages)
6084                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6085                 check_for_memory(pgdat, nid);
6086         }
6087 }
6088
6089 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6090 {
6091         unsigned long long coremem;
6092         if (!p)
6093                 return -EINVAL;
6094
6095         coremem = memparse(p, &p);
6096         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6097
6098         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6099         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6100
6101         return 0;
6102 }
6103
6104 /*
6105  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6106  * cannot be reclaimed or migrated.
6107  */
6108 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6109 {
6110         /* parse kernelcore=mirror */
6111         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6112                 mirrored_kernelcore = true;
6113                 return 0;
6114         }
6115
6116         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6117 }
6118
6119 /*
6120  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6121  * can be reclaimed or migrated.
6122  */
6123 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6124 {
6125         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6126 }
6127
6128 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6129 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6130
6131 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6132
6133 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6134 {
6135         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6136         page_zone(page)->managed_pages += count;
6137         totalram_pages += count;
6138 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6139         if (PageHighMem(page))
6140                 totalhigh_pages += count;
6141 #endif
6142         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6143 }
6144 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6145
6146 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6147 {
6148         void *pos;
6149         unsigned long pages = 0;
6150
6151         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6152         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6153         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6154                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6155                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6156                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6157         }
6158
6159         if (pages && s)
6160                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6161                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6162
6163         return pages;
6164 }
6165 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6166
6167 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6168 void free_highmem_page(struct page *page)
6169 {
6170         __free_reserved_page(page);
6171         totalram_pages++;
6172         page_zone(page)->managed_pages++;
6173         totalhigh_pages++;
6174 }
6175 #endif
6176
6177
6178 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6179 {
6180         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6181         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6182
6183         physpages = get_num_physpages();
6184         codesize = _etext - _stext;
6185         datasize = _edata - _sdata;
6186         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6187         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6188         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6189         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6190
6191         /*
6192          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6193          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6194          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6195          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6196          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6197          */
6198 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6199         do { \
6200                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6201                         size -= adj; \
6202         } while (0)
6203
6204         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6205                      _sinittext, init_code_size);
6206         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6207         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6208         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6209         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6210
6211 #undef  adj_init_size
6212
6213         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6214 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6215                 ", %luK highmem"
6216 #endif
6217                 "%s%s)\n",
6218                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6219                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6220                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6221                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6222                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6223                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6224 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6225                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6226 #endif
6227                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6228 }
6229
6230 /**
6231  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6232  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6233  *
6234  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6235  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6236  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6237  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6238  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6239  * smaller per-cpu batchsize.
6240  */
6241 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6242 {
6243         dma_reserve = new_dma_reserve;
6244 }
6245
6246 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6247 {
6248         free_area_init_node(0, zones_size,
6249                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6250 }
6251
6252 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6253                                  unsigned long action, void *hcpu)
6254 {
6255         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6256
6257         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6258                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6259                 drain_pages(cpu);
6260
6261                 /*
6262                  * Spill the event counters of the dead processor
6263                  * into the current processors event counters.
6264                  * This artificially elevates the count of the current
6265                  * processor.
6266                  */
6267                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6268
6269                 /*
6270                  * Zero the differential counters of the dead processor
6271                  * so that the vm statistics are consistent.
6272                  *
6273                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6274                  * race with what we are doing.
6275                  */
6276                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6277         }
6278         return NOTIFY_OK;
6279 }
6280
6281 void __init page_alloc_init(void)
6282 {
6283         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6284 }
6285
6286 /*
6287  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6288  *      or min_free_kbytes changes.
6289  */
6290 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6291 {
6292         struct pglist_data *pgdat;
6293         unsigned long reserve_pages = 0;
6294         enum zone_type i, j;
6295
6296         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6297                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6298                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6299                         long max = 0;
6300
6301                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6302                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6303                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6304                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6305                         }
6306
6307                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6308                         max += high_wmark_pages(zone);
6309
6310                         if (max > zone->managed_pages)
6311                                 max = zone->managed_pages;
6312
6313                         zone->totalreserve_pages = max;
6314
6315                         reserve_pages += max;
6316                 }
6317         }
6318         totalreserve_pages = reserve_pages;
6319 }
6320
6321 /*
6322  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6323  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6324  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6325  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6326  */
6327 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6328 {
6329         struct pglist_data *pgdat;
6330         enum zone_type j, idx;
6331
6332         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6333                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6334                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6335                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6336
6337                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6338
6339                         idx = j;
6340                         while (idx) {
6341                                 struct zone *lower_zone;
6342
6343                                 idx--;
6344
6345                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6346                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6347
6348                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6349                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6350                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6351                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6352                         }
6353                 }
6354         }
6355
6356         /* update totalreserve_pages */
6357         calculate_totalreserve_pages();
6358 }
6359
6360 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6361 {
6362         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6363         unsigned long lowmem_pages = 0;
6364         struct zone *zone;
6365         unsigned long flags;
6366
6367         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6368         for_each_zone(zone) {
6369                 if (!is_highmem(zone))
6370                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6371         }
6372
6373         for_each_zone(zone) {
6374                 u64 tmp;
6375
6376                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6377                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6378                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6379                 if (is_highmem(zone)) {
6380                         /*
6381                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6382                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6383                          * value here.
6384                          *
6385                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6386                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6387                          * not be capped for highmem.
6388                          */
6389                         unsigned long min_pages;
6390
6391                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6392                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6393                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6394                 } else {
6395                         /*
6396                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6397                          * proportionate to the zone's size.
6398                          */
6399                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6400                 }
6401
6402                 /*
6403                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6404                  * scale factor in proportion to available memory, but
6405                  * ensure a minimum size on small systems.
6406                  */
6407                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6408                             mult_frac(zone->managed_pages,
6409                                       watermark_scale_factor, 10000));
6410
6411                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6412                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6413
6414                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6415                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6416                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6417
6418                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6419         }
6420
6421         /* update totalreserve_pages */
6422         calculate_totalreserve_pages();
6423 }
6424
6425 /**
6426  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6427  * or when memory is hot-{added|removed}
6428  *
6429  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6430  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6431  */
6432 void setup_per_zone_wmarks(void)
6433 {
6434         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6435         __setup_per_zone_wmarks();
6436         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6437 }
6438
6439 /*
6440  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6441  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6442  * to be referenced again before it is swapped out.
6443  *
6444  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6445  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6446  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6447  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6448  *
6449  * total     target    max
6450  * memory    ratio     inactive anon
6451  * -------------------------------------
6452  *   10MB       1         5MB
6453  *  100MB       1        50MB
6454  *    1GB       3       250MB
6455  *   10GB      10       0.9GB
6456  *  100GB      31         3GB
6457  *    1TB     101        10GB
6458  *   10TB     320        32GB
6459  */
6460 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6461 {
6462         unsigned int gb, ratio;
6463
6464         /* Zone size in gigabytes */
6465         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6466         if (gb)
6467                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6468         else
6469                 ratio = 1;
6470
6471         zone->inactive_ratio = ratio;
6472 }
6473
6474 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6475 {
6476         struct zone *zone;
6477
6478         for_each_zone(zone)
6479                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6480 }
6481
6482 /*
6483  * Initialise min_free_kbytes.
6484  *
6485  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6486  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6487  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6488  *
6489  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6490  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6491  *
6492  * which yields
6493  *
6494  * 16MB:        512k
6495  * 32MB:        724k
6496  * 64MB:        1024k
6497  * 128MB:       1448k
6498  * 256MB:       2048k
6499  * 512MB:       2896k
6500  * 1024MB:      4096k
6501  * 2048MB:      5792k
6502  * 4096MB:      8192k
6503  * 8192MB:      11584k
6504  * 16384MB:     16384k
6505  */
6506 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6507 {
6508         unsigned long lowmem_kbytes;
6509         int new_min_free_kbytes;
6510
6511         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6512         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6513
6514         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6515                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6516                 if (min_free_kbytes < 128)
6517                         min_free_kbytes = 128;
6518                 if (min_free_kbytes > 65536)
6519                         min_free_kbytes = 65536;
6520         } else {
6521                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6522                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6523         }
6524         setup_per_zone_wmarks();
6525         refresh_zone_stat_thresholds();
6526         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6527         setup_per_zone_inactive_ratio();
6528         return 0;
6529 }
6530 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6531
6532 /*
6533  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6534  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6535  *      changes.
6536  */
6537 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6538         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6539 {
6540         int rc;
6541
6542         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6543         if (rc)
6544                 return rc;
6545
6546         if (write) {
6547                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6548                 setup_per_zone_wmarks();
6549         }
6550         return 0;
6551 }
6552
6553 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6554         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6555 {
6556         int rc;
6557
6558         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6559         if (rc)
6560                 return rc;
6561
6562         if (write)
6563                 setup_per_zone_wmarks();
6564
6565         return 0;
6566 }
6567
6568 #ifdef CONFIG_NUMA
6569 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6570         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6571 {
6572         struct zone *zone;
6573         int rc;
6574
6575         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6576         if (rc)
6577                 return rc;
6578
6579         for_each_zone(zone)
6580                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6581                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6582         return 0;
6583 }
6584
6585 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6586         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6587 {
6588         struct zone *zone;
6589         int rc;
6590
6591         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6592         if (rc)
6593                 return rc;
6594
6595         for_each_zone(zone)
6596                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6597                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6598         return 0;
6599 }
6600 #endif
6601
6602 /*
6603  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6604  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6605  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6606  *
6607  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6608  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6609  * if in function of the boot time zone sizes.
6610  */
6611 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6612         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6613 {
6614         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6615         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6616         return 0;
6617 }
6618
6619 /*
6620  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6621  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6622  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6623  */
6624 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6625         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6626 {
6627         struct zone *zone;
6628         int old_percpu_pagelist_fraction;
6629         int ret;
6630
6631         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6632         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6633
6634         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6635         if (!write || ret < 0)
6636                 goto out;
6637
6638         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6639         if (percpu_pagelist_fraction &&
6640             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6641                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6642                 ret = -EINVAL;
6643                 goto out;
6644         }
6645
6646         /* No change? */
6647         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6648                 goto out;
6649
6650         for_each_populated_zone(zone) {
6651                 unsigned int cpu;
6652
6653                 for_each_possible_cpu(cpu)
6654                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6655                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6656         }
6657 out:
6658         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6659         return ret;
6660 }
6661
6662 #ifdef CONFIG_NUMA
6663 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6664
6665 static int __init set_hashdist(char *str)
6666 {
6667         if (!str)
6668                 return 0;
6669         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6670         return 1;
6671 }
6672 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6673 #endif
6674
6675 /*
6676  * allocate a large system hash table from bootmem
6677  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6678  *   quantity of entries
6679  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6680  */
6681 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6682                                      unsigned long bucketsize,
6683                                      unsigned long numentries,
6684                                      int scale,
6685                                      int flags,
6686                                      unsigned int *_hash_shift,
6687                                      unsigned int *_hash_mask,
6688                                      unsigned long low_limit,
6689                                      unsigned long high_limit)
6690 {
6691         unsigned long long max = high_limit;
6692         unsigned long log2qty, size;
6693         void *table = NULL;
6694
6695         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6696         if (!numentries) {
6697                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6698                 numentries = nr_kernel_pages;
6699
6700                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6701                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6702                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6703
6704                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6705                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6706                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6707                 else
6708                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6709
6710                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6711                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6712                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6713                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6714                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6715                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6716                                 BUG_ON(!numentries);
6717                         }
6718                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6719                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6720         }
6721         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6722
6723         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6724         if (max == 0) {
6725                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6726                 do_div(max, bucketsize);
6727         }
6728         max = min(max, 0x80000000ULL);
6729
6730         if (numentries < low_limit)
6731                 numentries = low_limit;
6732         if (numentries > max)
6733                 numentries = max;
6734
6735         log2qty = ilog2(numentries);
6736
6737         do {
6738                 size = bucketsize << log2qty;
6739                 if (flags & HASH_EARLY)
6740                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6741                 else if (hashdist)
6742                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6743                 else {
6744                         /*
6745                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6746                          * some pages at the end of hash table which
6747                          * alloc_pages_exact() automatically does
6748                          */
6749                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6750                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6751                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6752                         }
6753                 }
6754         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6755
6756         if (!table)
6757                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6758
6759         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6760                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
6761
6762         if (_hash_shift)
6763                 *_hash_shift = log2qty;
6764         if (_hash_mask)
6765                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6766
6767         return table;
6768 }
6769
6770 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6771 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
6772                                                         unsigned long pfn)
6773 {
6774 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6775         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6776 #else
6777         return page_zone(page)->pageblock_flags;
6778 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6779 }
6780
6781 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
6782 {
6783 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6784         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6785         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6786 #else
6787         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6788         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6789 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6790 }
6791
6792 /**
6793  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6794  * @page: The page within the block of interest
6795  * @pfn: The target page frame number
6796  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6797  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6798  *
6799  * Return: pageblock_bits flags
6800  */
6801 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6802                                         unsigned long end_bitidx,
6803                                         unsigned long mask)
6804 {
6805         unsigned long *bitmap;
6806         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6807         unsigned long word;
6808
6809         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
6810         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
6811         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6812         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6813
6814         word = bitmap[word_bitidx];
6815         bitidx += end_bitidx;
6816         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6817 }
6818
6819 /**
6820  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6821  * @page: The page within the block of interest
6822  * @flags: The flags to set
6823  * @pfn: The target page frame number
6824  * @end_bitidx: The last bit of interest
6825  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6826  */
6827 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6828                                         unsigned long pfn,
6829                                         unsigned long end_bitidx,
6830                                         unsigned long mask)
6831 {
6832         unsigned long *bitmap;
6833         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6834         unsigned long old_word, word;
6835
6836         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6837
6838         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
6839         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
6840         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6841         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6842
6843         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
6844
6845         bitidx += end_bitidx;
6846         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6847         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6848
6849         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6850         for (;;) {
6851                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6852                 if (word == old_word)
6853                         break;
6854                 word = old_word;
6855         }
6856 }
6857
6858 /*
6859  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6860  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6861  *
6862  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6863  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6864  * expect this function should be exact.
6865  */
6866 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6867                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6868 {
6869         unsigned long pfn, iter, found;
6870         int mt;
6871
6872         /*
6873          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6874          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6875          */
6876         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6877                 return false;
6878         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6879         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6880                 return false;
6881
6882         pfn = page_to_pfn(page);
6883         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6884                 unsigned long check = pfn + iter;
6885
6886                 if (!pfn_valid_within(check))
6887                         continue;
6888
6889                 page = pfn_to_page(check);
6890
6891                 /*
6892                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6893                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6894                  * handle each tail page individually in migration.
6895                  */
6896                 if (PageHuge(page)) {
6897                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6898                         continue;
6899                 }
6900
6901                 /*
6902                  * We can't use page_count without pin a page
6903                  * because another CPU can free compound page.
6904                  * This check already skips compound tails of THP
6905                  * because their page->_refcount is zero at all time.
6906                  */
6907                 if (!page_ref_count(page)) {
6908                         if (PageBuddy(page))
6909                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6910                         continue;
6911                 }
6912
6913                 /*
6914                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6915                  * page_count() is not 0.
6916                  */
6917                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6918                         continue;
6919
6920                 if (!PageLRU(page))
6921                         found++;
6922                 /*
6923                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6924                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6925                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6926                  */
6927                 /*
6928                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6929                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6930                  *
6931                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6932                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6933                  * page at boot.
6934                  */
6935                 if (found > count)
6936                         return true;
6937         }
6938         return false;
6939 }
6940
6941 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6942 {
6943         struct zone *zone;
6944         unsigned long pfn;
6945
6946         /*
6947          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6948          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6949          * the zone but still within the section.
6950          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6951          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6952          */
6953         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6954                 return false;
6955
6956         zone = page_zone(page);
6957         pfn = page_to_pfn(page);
6958         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6959                 return false;
6960
6961         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6962 }
6963
6964 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
6965
6966 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6967 {
6968         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6969                              pageblock_nr_pages) - 1);
6970 }
6971
6972 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6973 {
6974         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6975                                 pageblock_nr_pages));
6976 }
6977
6978 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6979 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6980                                         unsigned long start, unsigned long end)
6981 {
6982         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6983         unsigned long nr_reclaimed;
6984         unsigned long pfn = start;
6985         unsigned int tries = 0;
6986         int ret = 0;
6987
6988         migrate_prep();
6989
6990         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6991                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6992                         ret = -EINTR;
6993                         break;
6994                 }
6995
6996                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6997                         cc->nr_migratepages = 0;
6998                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6999                         if (!pfn) {
7000                                 ret = -EINTR;
7001                                 break;
7002                         }
7003                         tries = 0;
7004                 } else if (++tries == 5) {
7005                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7006                         break;
7007                 }
7008
7009                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7010                                                         &cc->migratepages);
7011                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7012
7013                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7014                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7015         }
7016         if (ret < 0) {
7017                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7018                 return ret;
7019         }
7020         return 0;
7021 }
7022
7023 /**
7024  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7025  * @start:      start PFN to allocate
7026  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7027  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7028  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7029  *                      in range must have the same migratetype and it must
7030  *                      be either of the two.
7031  *
7032  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7033  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7034  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7035  * pages fall in.
7036  *
7037  * The PFN range must belong to a single zone.
7038  *
7039  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7040  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7041  * need to be freed with free_contig_range().
7042  */
7043 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7044                        unsigned migratetype)
7045 {
7046         unsigned long outer_start, outer_end;
7047         unsigned int order;
7048         int ret = 0;
7049
7050         struct compact_control cc = {
7051                 .nr_migratepages = 0,
7052                 .order = -1,
7053                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7054                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7055                 .ignore_skip_hint = true,
7056         };
7057         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7058
7059         /*
7060          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7061          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7062          * have different sizes, and due to the way page allocator
7063          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7064          * that page allocator won't try to merge buddies from
7065          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7066          * other migration type.
7067          *
7068          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7069          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7070          * we are interested in).  This will put all the pages in
7071          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7072          *
7073          * When this is done, we take the pages in range from page
7074          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7075          * page allocator will never consider using them.
7076          *
7077          * This lets us mark the pageblocks back as
7078          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7079          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7080          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7081          */
7082
7083         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7084                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7085                                        false);
7086         if (ret)
7087                 return ret;
7088
7089         /*
7090          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7091          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7092          */
7093         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7094         if (ret && ret != -EBUSY)
7095                 goto done;
7096
7097         /*
7098          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7099          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7100          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7101          * What we are going to do is to allocate all pages from
7102          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7103          *
7104          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7105          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7106          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7107          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7108          * once this is done free the pages we are not interested in.
7109          *
7110          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7111          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7112          */
7113
7114         lru_add_drain_all();
7115         drain_all_pages(cc.zone);
7116
7117         order = 0;
7118         outer_start = start;
7119         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7120                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7121                         outer_start = start;
7122                         break;
7123                 }
7124                 outer_start &= ~0UL << order;
7125         }
7126
7127         if (outer_start != start) {
7128                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7129
7130                 /*
7131                  * outer_start page could be small order buddy page and
7132                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7133                  * in this case to report failed page properly
7134                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7135                  */
7136                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7137                         outer_start = start;
7138         }
7139
7140         /* Make sure the range is really isolated. */
7141         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7142                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7143                         __func__, outer_start, end);
7144                 ret = -EBUSY;
7145                 goto done;
7146         }
7147
7148         /* Grab isolated pages from freelists. */
7149         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7150         if (!outer_end) {
7151                 ret = -EBUSY;
7152                 goto done;
7153         }
7154
7155         /* Free head and tail (if any) */
7156         if (start != outer_start)
7157                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7158         if (end != outer_end)
7159                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7160
7161 done:
7162         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7163                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7164         return ret;
7165 }
7166
7167 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7168 {
7169         unsigned int count = 0;
7170
7171         for (; nr_pages--; pfn++) {
7172                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7173
7174                 count += page_count(page) != 1;
7175                 __free_page(page);
7176         }
7177         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7178 }
7179 #endif
7180
7181 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7182 /*
7183  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7184  * page high values need to be recalulated.
7185  */
7186 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7187 {
7188         unsigned cpu;
7189         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7190         for_each_possible_cpu(cpu)
7191                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7192                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7193         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7194 }
7195 #endif
7196
7197 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7198 {
7199         unsigned long flags;
7200         int cpu;
7201         struct per_cpu_pageset *pset;
7202
7203         /* avoid races with drain_pages()  */
7204         local_irq_save(flags);
7205         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7206                 for_each_online_cpu(cpu) {
7207                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7208                         drain_zonestat(zone, pset);
7209                 }
7210                 free_percpu(zone->pageset);
7211                 zone->pageset = &boot_pageset;
7212         }
7213         local_irq_restore(flags);
7214 }
7215
7216 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7217 /*
7218  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7219  * before calling this.
7220  */
7221 void
7222 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7223 {
7224         struct page *page;
7225         struct zone *zone;
7226         unsigned int order, i;
7227         unsigned long pfn;
7228         unsigned long flags;
7229         /* find the first valid pfn */
7230         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7231                 if (pfn_valid(pfn))
7232                         break;
7233         if (pfn == end_pfn)
7234                 return;
7235         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7236         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7237         pfn = start_pfn;
7238         while (pfn < end_pfn) {
7239                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7240                         pfn++;
7241                         continue;
7242                 }
7243                 page = pfn_to_page(pfn);
7244                 /*
7245                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7246                  * page_count() is not 0.
7247                  */
7248                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7249                         pfn++;
7250                         SetPageReserved(page);
7251                         continue;
7252                 }
7253
7254                 BUG_ON(page_count(page));
7255                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7256                 order = page_order(page);
7257 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7258                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7259                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7260 #endif
7261                 list_del(&page->lru);
7262                 rmv_page_order(page);
7263                 zone->free_area[order].nr_free--;
7264                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7265                         SetPageReserved((page+i));
7266                 pfn += (1 << order);
7267         }
7268         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7269 }
7270 #endif
7271
7272 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7273 {
7274         struct zone *zone = page_zone(page);
7275         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7276         unsigned long flags;
7277         unsigned int order;
7278
7279         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7280         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7281                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7282
7283                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7284                         break;
7285         }
7286         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7287
7288         return order < MAX_ORDER;
7289 }