]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/blob - mm/page_alloc.c
mm, page_alloc: pull out side effects from free_pages_check
[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 /*
788  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
789  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
790  * check if necessary.
791  */
792 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
793                                         unsigned long check_flags)
794 {
795         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
796                 return false;
797
798         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
799                         page_ref_count(page) |
800 #ifdef CONFIG_MEMCG
801                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
802 #endif
803                         (page->flags & check_flags)))
804                 return false;
805
806         return true;
807 }
808
809 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
810 {
811         const char *bad_reason;
812         unsigned long bad_flags;
813
814         bad_reason = NULL;
815         bad_flags = 0;
816
817         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
818                 bad_reason = "nonzero mapcount";
819         if (unlikely(page->mapping != NULL))
820                 bad_reason = "non-NULL mapping";
821         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
822                 bad_reason = "nonzero _refcount";
823         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
824                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
825                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
826         }
827 #ifdef CONFIG_MEMCG
828         if (unlikely(page->mem_cgroup))
829                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
830 #endif
831         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
832 }
833
834 static inline int free_pages_check(struct page *page)
835 {
836         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
837                 return 0;
838
839         /* Something has gone sideways, find it */
840         free_pages_check_bad(page);
841         return 1;
842 }
843
844 /*
845  * Frees a number of pages from the PCP lists
846  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
847  * count is the number of pages to free.
848  *
849  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
850  * see if this freeing clears that state.
851  *
852  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
853  * pinned" detection logic.
854  */
855 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
856                                         struct per_cpu_pages *pcp)
857 {
858         int migratetype = 0;
859         int batch_free = 0;
860         int to_free = count;
861         unsigned long nr_scanned;
862         bool isolated_pageblocks;
863
864         spin_lock(&zone->lock);
865         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
866         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
867         if (nr_scanned)
868                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
869
870         while (to_free) {
871                 struct page *page;
872                 struct list_head *list;
873
874                 /*
875                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
876                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
877                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
878                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
879                  * lists
880                  */
881                 do {
882                         batch_free++;
883                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
884                                 migratetype = 0;
885                         list = &pcp->lists[migratetype];
886                 } while (list_empty(list));
887
888                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
889                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
890                         batch_free = to_free;
891
892                 do {
893                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
894
895                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
896                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
897                         list_del(&page->lru);
898
899                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
900                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
901                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
902                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
903                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
904                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
905
906                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
907                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
908                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
909         }
910         spin_unlock(&zone->lock);
911 }
912
913 static void free_one_page(struct zone *zone,
914                                 struct page *page, unsigned long pfn,
915                                 unsigned int order,
916                                 int migratetype)
917 {
918         unsigned long nr_scanned;
919         spin_lock(&zone->lock);
920         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
921         if (nr_scanned)
922                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
923
924         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
925                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
926                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
927         }
928         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
929         spin_unlock(&zone->lock);
930 }
931
932 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
933 {
934         int ret = 1;
935
936         /*
937          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
938          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
939          */
940         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
941
942         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
943                 ret = 0;
944                 goto out;
945         }
946         switch (page - head_page) {
947         case 1:
948                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
949                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
950                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
951                         goto out;
952                 }
953                 break;
954         case 2:
955                 /*
956                  * the second tail page: ->mapping is
957                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
958                  */
959                 break;
960         default:
961                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
962                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
963                         goto out;
964                 }
965                 break;
966         }
967         if (unlikely(!PageTail(page))) {
968                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
969                 goto out;
970         }
971         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
972                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
973                 goto out;
974         }
975         ret = 0;
976 out:
977         page->mapping = NULL;
978         clear_compound_head(page);
979         return ret;
980 }
981
982 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
983                                 unsigned long zone, int nid)
984 {
985         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
986         init_page_count(page);
987         page_mapcount_reset(page);
988         page_cpupid_reset_last(page);
989
990         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
991 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
992         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
993         if (!is_highmem_idx(zone))
994                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
995 #endif
996 }
997
998 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
999                                         int nid)
1000 {
1001         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1002 }
1003
1004 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1005 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1006 {
1007         pg_data_t *pgdat;
1008         int nid, zid;
1009
1010         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1011                 return;
1012
1013         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1014         pgdat = NODE_DATA(nid);
1015
1016         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1017                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1018
1019                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1020                         break;
1021         }
1022         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1023 }
1024 #else
1025 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1026 {
1027 }
1028 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1029
1030 /*
1031  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1032  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1033  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1034  * sent to the buddy page allocator.
1035  */
1036 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
1037 {
1038         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1039         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1040
1041         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1042                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1043                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1044
1045                         init_reserved_page(start_pfn);
1046
1047                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1048                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1049
1050                         SetPageReserved(page);
1051                 }
1052         }
1053 }
1054
1055 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1056 {
1057         int bad = 0;
1058
1059         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1060
1061         trace_mm_page_free(page, order);
1062         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1063         kasan_free_pages(page, order);
1064
1065         /*
1066          * Check tail pages before head page information is cleared to
1067          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1068          */
1069         if (unlikely(order)) {
1070                 bool compound = PageCompound(page);
1071                 int i;
1072
1073                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1074
1075                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1076                         if (compound)
1077                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1078                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1079                                 bad++;
1080                                 continue;
1081                         }
1082                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1083                 }
1084         }
1085         if (PageAnonHead(page))
1086                 page->mapping = NULL;
1087         bad += free_pages_check(page);
1088         if (bad)
1089                 return false;
1090
1091         page_cpupid_reset_last(page);
1092         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1093         reset_page_owner(page, order);
1094
1095         if (!PageHighMem(page)) {
1096                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1097                                            PAGE_SIZE << order);
1098                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1099                                            PAGE_SIZE << order);
1100         }
1101         arch_free_page(page, order);
1102         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1103         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1104
1105         return true;
1106 }
1107
1108 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1109 {
1110         unsigned long flags;
1111         int migratetype;
1112         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1113
1114         if (!free_pages_prepare(page, order))
1115                 return;
1116
1117         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1118         local_irq_save(flags);
1119         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1120         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1121         local_irq_restore(flags);
1122 }
1123
1124 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1125 {
1126         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1127         struct page *p = page;
1128         unsigned int loop;
1129
1130         prefetchw(p);
1131         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1132                 prefetchw(p + 1);
1133                 __ClearPageReserved(p);
1134                 set_page_count(p, 0);
1135         }
1136         __ClearPageReserved(p);
1137         set_page_count(p, 0);
1138
1139         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1140         set_page_refcounted(page);
1141         __free_pages(page, order);
1142 }
1143
1144 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1145         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1146
1147 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1148
1149 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1150 {
1151         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1152         int nid;
1153
1154         spin_lock(&early_pfn_lock);
1155         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1156         if (nid < 0)
1157                 nid = 0;
1158         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1159
1160         return nid;
1161 }
1162 #endif
1163
1164 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1165 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1166                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1167 {
1168         int nid;
1169
1170         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1171         if (nid >= 0 && nid != node)
1172                 return false;
1173         return true;
1174 }
1175
1176 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1177 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1178 {
1179         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1180 }
1181
1182 #else
1183
1184 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1185 {
1186         return true;
1187 }
1188 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1189                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1190 {
1191         return true;
1192 }
1193 #endif
1194
1195
1196 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1197                                                         unsigned int order)
1198 {
1199         if (early_page_uninitialised(pfn))
1200                 return;
1201         return __free_pages_boot_core(page, order);
1202 }
1203
1204 /*
1205  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1206  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1207  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1208  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1209  * pageblocks.
1210  *
1211  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1212  *
1213  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1214  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1215  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1216  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1217  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1218  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1219  * page in a pageblock.
1220  */
1221 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1222                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1223 {
1224         struct page *start_page;
1225         struct page *end_page;
1226
1227         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1228         end_pfn--;
1229
1230         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1231                 return NULL;
1232
1233         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1234
1235         if (page_zone(start_page) != zone)
1236                 return NULL;
1237
1238         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1239
1240         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1241         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1242                 return NULL;
1243
1244         return start_page;
1245 }
1246
1247 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1248 {
1249         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1250         unsigned long block_end_pfn;
1251
1252         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1253         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1254                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1255                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1256
1257                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1258
1259                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1260                                              block_end_pfn, zone))
1261                         return;
1262         }
1263
1264         /* We confirm that there is no hole */
1265         zone->contiguous = true;
1266 }
1267
1268 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1269 {
1270         zone->contiguous = false;
1271 }
1272
1273 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1274 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1275                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1276 {
1277         int i;
1278
1279         if (!page)
1280                 return;
1281
1282         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1283         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1284             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1285                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1286                 __free_pages_boot_core(page, MAX_ORDER-1);
1287                 return;
1288         }
1289
1290         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++)
1291                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1292 }
1293
1294 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1295 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1296 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1297
1298 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1299 {
1300         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1301                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1302 }
1303
1304 /* Initialise remaining memory on a node */
1305 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1306 {
1307         pg_data_t *pgdat = data;
1308         int nid = pgdat->node_id;
1309         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1310         unsigned long start = jiffies;
1311         unsigned long nr_pages = 0;
1312         unsigned long walk_start, walk_end;
1313         int i, zid;
1314         struct zone *zone;
1315         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1316         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1317
1318         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1319                 pgdat_init_report_one_done();
1320                 return 0;
1321         }
1322
1323         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1324         if (!cpumask_empty(cpumask))
1325                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1326
1327         /* Sanity check boundaries */
1328         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1329         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1330         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1331
1332         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1333         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1334                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1335                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1336                         break;
1337         }
1338
1339         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1340                 unsigned long pfn, end_pfn;
1341                 struct page *page = NULL;
1342                 struct page *free_base_page = NULL;
1343                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1344                 int nr_to_free = 0;
1345
1346                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1347                 pfn = first_init_pfn;
1348                 if (pfn < walk_start)
1349                         pfn = walk_start;
1350                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1351                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1352
1353                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1354                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1355                                 goto free_range;
1356
1357                         /*
1358                          * Ensure pfn_valid is checked every
1359                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1360                          */
1361                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1362                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1363                                         page = NULL;
1364                                         goto free_range;
1365                                 }
1366                         }
1367
1368                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1369                                 page = NULL;
1370                                 goto free_range;
1371                         }
1372
1373                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1374                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1375                                 page++;
1376                         } else {
1377                                 nr_pages += nr_to_free;
1378                                 deferred_free_range(free_base_page,
1379                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1380                                 free_base_page = NULL;
1381                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1382
1383                                 page = pfn_to_page(pfn);
1384                                 cond_resched();
1385                         }
1386
1387                         if (page->flags) {
1388                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1389                                 goto free_range;
1390                         }
1391
1392                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1393                         if (!free_base_page) {
1394                                 free_base_page = page;
1395                                 free_base_pfn = pfn;
1396                                 nr_to_free = 0;
1397                         }
1398                         nr_to_free++;
1399
1400                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1401                         continue;
1402 free_range:
1403                         /* Free the current block of pages to allocator */
1404                         nr_pages += nr_to_free;
1405                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1406                                                                 nr_to_free);
1407                         free_base_page = NULL;
1408                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1409                 }
1410
1411                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1412         }
1413
1414         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1415         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1416
1417         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1418                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1419
1420         pgdat_init_report_one_done();
1421         return 0;
1422 }
1423 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1424
1425 void __init page_alloc_init_late(void)
1426 {
1427         struct zone *zone;
1428
1429 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1430         int nid;
1431
1432         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1433         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1434         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1435                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1436         }
1437
1438         /* Block until all are initialised */
1439         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1440
1441         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1442         files_maxfiles_init();
1443 #endif
1444
1445         for_each_populated_zone(zone)
1446                 set_zone_contiguous(zone);
1447 }
1448
1449 #ifdef CONFIG_CMA
1450 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1451 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1452 {
1453         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1454         struct page *p = page;
1455
1456         do {
1457                 __ClearPageReserved(p);
1458                 set_page_count(p, 0);
1459         } while (++p, --i);
1460
1461         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1462
1463         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1464                 i = pageblock_nr_pages;
1465                 p = page;
1466                 do {
1467                         set_page_refcounted(p);
1468                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1469                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1470                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1471         } else {
1472                 set_page_refcounted(page);
1473                 __free_pages(page, pageblock_order);
1474         }
1475
1476         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1477 }
1478 #endif
1479
1480 /*
1481  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1482  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1483  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1484  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1485  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1486  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1487  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1488  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1489  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1490  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1491  *
1492  * -- nyc
1493  */
1494 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1495         int low, int high, struct free_area *area,
1496         int migratetype)
1497 {
1498         unsigned long size = 1 << high;
1499
1500         while (high > low) {
1501                 area--;
1502                 high--;
1503                 size >>= 1;
1504                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1505
1506                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1507                         debug_guardpage_enabled() &&
1508                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1509                         /*
1510                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1511                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1512                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1513                          * pages will stay not present in virtual address space
1514                          */
1515                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1516                         continue;
1517                 }
1518                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1519                 area->nr_free++;
1520                 set_page_order(&page[size], high);
1521         }
1522 }
1523
1524 /*
1525  * This page is about to be returned from the page allocator
1526  */
1527 static inline int check_new_page(struct page *page)
1528 {
1529         const char *bad_reason;
1530         unsigned long bad_flags;
1531
1532         if (page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON))
1533                 return 0;
1534
1535         bad_reason = NULL;
1536         bad_flags = 0;
1537         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1538                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1539         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1540                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1541         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1542                 bad_reason = "nonzero _count";
1543         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1544                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1545                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1546         }
1547         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1548                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1549                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1550         }
1551 #ifdef CONFIG_MEMCG
1552         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1553                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1554 #endif
1555         if (unlikely(bad_reason)) {
1556                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1557                 return 1;
1558         }
1559         return 0;
1560 }
1561
1562 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1563 {
1564         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1565                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1566 }
1567
1568 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1569                                                         unsigned int alloc_flags)
1570 {
1571         int i;
1572         bool poisoned = true;
1573
1574         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1575                 struct page *p = page + i;
1576                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1577                         return 1;
1578                 if (poisoned)
1579                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1580         }
1581
1582         set_page_private(page, 0);
1583         set_page_refcounted(page);
1584
1585         arch_alloc_page(page, order);
1586         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1587         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1588         kasan_alloc_pages(page, order);
1589
1590         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1591                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1592                         clear_highpage(page + i);
1593
1594         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1595                 prep_compound_page(page, order);
1596
1597         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1598
1599         /*
1600          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1601          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1602          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1603          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1604          */
1605         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1606                 set_page_pfmemalloc(page);
1607         else
1608                 clear_page_pfmemalloc(page);
1609
1610         return 0;
1611 }
1612
1613 /*
1614  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1615  * the smallest available page from the freelists
1616  */
1617 static inline
1618 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1619                                                 int migratetype)
1620 {
1621         unsigned int current_order;
1622         struct free_area *area;
1623         struct page *page;
1624
1625         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1626         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1627                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1628                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1629                                                         struct page, lru);
1630                 if (!page)
1631                         continue;
1632                 list_del(&page->lru);
1633                 rmv_page_order(page);
1634                 area->nr_free--;
1635                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1636                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1637                 return page;
1638         }
1639
1640         return NULL;
1641 }
1642
1643
1644 /*
1645  * This array describes the order lists are fallen back to when
1646  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1647  */
1648 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1649         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1650         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1651         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1652 #ifdef CONFIG_CMA
1653         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1654 #endif
1655 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1656         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1657 #endif
1658 };
1659
1660 #ifdef CONFIG_CMA
1661 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1662                                         unsigned int order)
1663 {
1664         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1665 }
1666 #else
1667 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1668                                         unsigned int order) { return NULL; }
1669 #endif
1670
1671 /*
1672  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1673  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1674  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1675  */
1676 int move_freepages(struct zone *zone,
1677                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1678                           int migratetype)
1679 {
1680         struct page *page;
1681         unsigned int order;
1682         int pages_moved = 0;
1683
1684 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1685         /*
1686          * page_zone is not safe to call in this context when
1687          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1688          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1689          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1690          * grouping pages by mobility
1691          */
1692         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1693 #endif
1694
1695         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1696                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1697                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1698
1699                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1700                         page++;
1701                         continue;
1702                 }
1703
1704                 if (!PageBuddy(page)) {
1705                         page++;
1706                         continue;
1707                 }
1708
1709                 order = page_order(page);
1710                 list_move(&page->lru,
1711                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1712                 page += 1 << order;
1713                 pages_moved += 1 << order;
1714         }
1715
1716         return pages_moved;
1717 }
1718
1719 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1720                                 int migratetype)
1721 {
1722         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1723         struct page *start_page, *end_page;
1724
1725         start_pfn = page_to_pfn(page);
1726         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1727         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1728         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1729         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1730
1731         /* Do not cross zone boundaries */
1732         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1733                 start_page = page;
1734         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1735                 return 0;
1736
1737         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1738 }
1739
1740 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1741                                         int start_order, int migratetype)
1742 {
1743         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1744
1745         while (nr_pageblocks--) {
1746                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1747                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1748         }
1749 }
1750
1751 /*
1752  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1753  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1754  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1755  *
1756  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1757  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1758  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1759  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1760  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1761  * pageblocks.
1762  */
1763 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1764 {
1765         /*
1766          * Leaving this order check is intended, although there is
1767          * relaxed order check in next check. The reason is that
1768          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1769          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1770          * so could be changed anytime.
1771          */
1772         if (order >= pageblock_order)
1773                 return true;
1774
1775         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1776                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1777                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1778                 page_group_by_mobility_disabled)
1779                 return true;
1780
1781         return false;
1782 }
1783
1784 /*
1785  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1786  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1787  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1788  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1789  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1790  */
1791 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1792                                                           int start_type)
1793 {
1794         unsigned int current_order = page_order(page);
1795         int pages;
1796
1797         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1798         if (current_order >= pageblock_order) {
1799                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1800                 return;
1801         }
1802
1803         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1804
1805         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1806         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1807                         page_group_by_mobility_disabled)
1808                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1809 }
1810
1811 /*
1812  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1813  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1814  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1815  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1816  */
1817 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1818                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1819 {
1820         int i;
1821         int fallback_mt;
1822
1823         if (area->nr_free == 0)
1824                 return -1;
1825
1826         *can_steal = false;
1827         for (i = 0;; i++) {
1828                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1829                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1830                         break;
1831
1832                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1833                         continue;
1834
1835                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1836                         *can_steal = true;
1837
1838                 if (!only_stealable)
1839                         return fallback_mt;
1840
1841                 if (*can_steal)
1842                         return fallback_mt;
1843         }
1844
1845         return -1;
1846 }
1847
1848 /*
1849  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1850  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1851  */
1852 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
1853                                 unsigned int alloc_order)
1854 {
1855         int mt;
1856         unsigned long max_managed, flags;
1857
1858         /*
1859          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1860          * Check is race-prone but harmless.
1861          */
1862         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
1863         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1864                 return;
1865
1866         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1867
1868         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1869         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1870                 goto out_unlock;
1871
1872         /* Yoink! */
1873         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1874         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
1875                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
1876                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1877                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1878                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1879         }
1880
1881 out_unlock:
1882         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1883 }
1884
1885 /*
1886  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1887  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1888  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1889  * to recover from than an OOM.
1890  */
1891 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
1892 {
1893         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1894         unsigned long flags;
1895         struct zoneref *z;
1896         struct zone *zone;
1897         struct page *page;
1898         int order;
1899
1900         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
1901                                                                 ac->nodemask) {
1902                 /* Preserve at least one pageblock */
1903                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
1904                         continue;
1905
1906                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1907                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
1908                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1909
1910                         page = list_first_entry_or_null(
1911                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
1912                                         struct page, lru);
1913                         if (!page)
1914                                 continue;
1915
1916                         /*
1917                          * It should never happen but changes to locking could
1918                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
1919                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
1920                          * and watch for underflows.
1921                          */
1922                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
1923                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1924
1925                         /*
1926                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1927                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1928                          * is doing the work and needs the pages. More
1929                          * importantly, if the block was always converted to
1930                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1931                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1932                          * may increase.
1933                          */
1934                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1935                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
1936                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1937                         return;
1938                 }
1939                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1940         }
1941 }
1942
1943 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1944 static inline struct page *
1945 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1946 {
1947         struct free_area *area;
1948         unsigned int current_order;
1949         struct page *page;
1950         int fallback_mt;
1951         bool can_steal;
1952
1953         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1954         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1955                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1956                                 --current_order) {
1957                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1958                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1959                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1960                 if (fallback_mt == -1)
1961                         continue;
1962
1963                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
1964                                                 struct page, lru);
1965                 if (can_steal)
1966                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1967
1968                 /* Remove the page from the freelists */
1969                 area->nr_free--;
1970                 list_del(&page->lru);
1971                 rmv_page_order(page);
1972
1973                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1974                                         start_migratetype);
1975                 /*
1976                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
1977                  * migratetype depending on the decisions in
1978                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
1979                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
1980                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
1981                  */
1982                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
1983
1984                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1985                         start_migratetype, fallback_mt);
1986
1987                 return page;
1988         }
1989
1990         return NULL;
1991 }
1992
1993 /*
1994  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1995  * Call me with the zone->lock already held.
1996  */
1997 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1998                                 int migratetype)
1999 {
2000         struct page *page;
2001
2002         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2003         if (unlikely(!page)) {
2004                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2005                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2006
2007                 if (!page)
2008                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2009         }
2010
2011         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2012         return page;
2013 }
2014
2015 /*
2016  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2017  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2018  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2019  */
2020 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2021                         unsigned long count, struct list_head *list,
2022                         int migratetype, bool cold)
2023 {
2024         int i;
2025
2026         spin_lock(&zone->lock);
2027         for (i = 0; i < count; ++i) {
2028                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2029                 if (unlikely(page == NULL))
2030                         break;
2031
2032                 /*
2033                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2034                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2035                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2036                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2037                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2038                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2039                  * properly.
2040                  */
2041                 if (likely(!cold))
2042                         list_add(&page->lru, list);
2043                 else
2044                         list_add_tail(&page->lru, list);
2045                 list = &page->lru;
2046                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2047                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2048                                               -(1 << order));
2049         }
2050         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2051         spin_unlock(&zone->lock);
2052         return i;
2053 }
2054
2055 #ifdef CONFIG_NUMA
2056 /*
2057  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2058  * currently executing processor on remote nodes after they have
2059  * expired.
2060  *
2061  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2062  * a single processor.
2063  */
2064 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2065 {
2066         unsigned long flags;
2067         int to_drain, batch;
2068
2069         local_irq_save(flags);
2070         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2071         to_drain = min(pcp->count, batch);
2072         if (to_drain > 0) {
2073                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2074                 pcp->count -= to_drain;
2075         }
2076         local_irq_restore(flags);
2077 }
2078 #endif
2079
2080 /*
2081  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2082  *
2083  * The processor must either be the current processor and the
2084  * thread pinned to the current processor or a processor that
2085  * is not online.
2086  */
2087 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2088 {
2089         unsigned long flags;
2090         struct per_cpu_pageset *pset;
2091         struct per_cpu_pages *pcp;
2092
2093         local_irq_save(flags);
2094         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2095
2096         pcp = &pset->pcp;
2097         if (pcp->count) {
2098                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2099                 pcp->count = 0;
2100         }
2101         local_irq_restore(flags);
2102 }
2103
2104 /*
2105  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2106  *
2107  * The processor must either be the current processor and the
2108  * thread pinned to the current processor or a processor that
2109  * is not online.
2110  */
2111 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2112 {
2113         struct zone *zone;
2114
2115         for_each_populated_zone(zone) {
2116                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2117         }
2118 }
2119
2120 /*
2121  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2122  *
2123  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2124  * the single zone's pages.
2125  */
2126 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2127 {
2128         int cpu = smp_processor_id();
2129
2130         if (zone)
2131                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2132         else
2133                 drain_pages(cpu);
2134 }
2135
2136 /*
2137  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2138  *
2139  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2140  *
2141  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2142  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2143  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2144  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2145  * before the call to on_each_cpu_mask().
2146  */
2147 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2148 {
2149         int cpu;
2150
2151         /*
2152          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2153          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2154          */
2155         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2156
2157         /*
2158          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2159          * as offline notification will cause the notified
2160          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2161          * disables preemption as part of its processing
2162          */
2163         for_each_online_cpu(cpu) {
2164                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2165                 struct zone *z;
2166                 bool has_pcps = false;
2167
2168                 if (zone) {
2169                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2170                         if (pcp->pcp.count)
2171                                 has_pcps = true;
2172                 } else {
2173                         for_each_populated_zone(z) {
2174                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2175                                 if (pcp->pcp.count) {
2176                                         has_pcps = true;
2177                                         break;
2178                                 }
2179                         }
2180                 }
2181
2182                 if (has_pcps)
2183                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2184                 else
2185                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2186         }
2187         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2188                                                                 zone, 1);
2189 }
2190
2191 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2192
2193 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2194 {
2195         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2196         unsigned long flags;
2197         unsigned int order, t;
2198         struct page *page;
2199
2200         if (zone_is_empty(zone))
2201                 return;
2202
2203         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2204
2205         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2206         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2207                 if (pfn_valid(pfn)) {
2208                         page = pfn_to_page(pfn);
2209
2210                         if (page_zone(page) != zone)
2211                                 continue;
2212
2213                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2214                                 swsusp_unset_page_free(page);
2215                 }
2216
2217         for_each_migratetype_order(order, t) {
2218                 list_for_each_entry(page,
2219                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2220                         unsigned long i;
2221
2222                         pfn = page_to_pfn(page);
2223                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2224                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2225                 }
2226         }
2227         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2228 }
2229 #endif /* CONFIG_PM */
2230
2231 /*
2232  * Free a 0-order page
2233  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2234  */
2235 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2236 {
2237         struct zone *zone = page_zone(page);
2238         struct per_cpu_pages *pcp;
2239         unsigned long flags;
2240         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2241         int migratetype;
2242
2243         if (!free_pages_prepare(page, 0))
2244                 return;
2245
2246         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2247         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2248         local_irq_save(flags);
2249         __count_vm_event(PGFREE);
2250
2251         /*
2252          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2253          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2254          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2255          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2256          * excessively into the page allocator
2257          */
2258         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2259                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2260                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2261                         goto out;
2262                 }
2263                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2264         }
2265
2266         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2267         if (!cold)
2268                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2269         else
2270                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2271         pcp->count++;
2272         if (pcp->count >= pcp->high) {
2273                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2274                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2275                 pcp->count -= batch;
2276         }
2277
2278 out:
2279         local_irq_restore(flags);
2280 }
2281
2282 /*
2283  * Free a list of 0-order pages
2284  */
2285 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2286 {
2287         struct page *page, *next;
2288
2289         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2290                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2291                 free_hot_cold_page(page, cold);
2292         }
2293 }
2294
2295 /*
2296  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2297  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2298  * Each sub-page must be freed individually.
2299  *
2300  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2301  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2302  */
2303 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2304 {
2305         int i;
2306         gfp_t gfp_mask;
2307
2308         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2309         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2310
2311 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2312         /*
2313          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2314          * otherwise free the whole shadow.
2315          */
2316         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2317                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2318 #endif
2319
2320         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2321         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2322         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2323                 set_page_refcounted(page + i);
2324                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2325         }
2326 }
2327 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2328
2329 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2330 {
2331         unsigned long watermark;
2332         struct zone *zone;
2333         int mt;
2334
2335         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2336
2337         zone = page_zone(page);
2338         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2339
2340         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2341                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2342                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2343                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2344                         return 0;
2345
2346                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2347         }
2348
2349         /* Remove page from free list */
2350         list_del(&page->lru);
2351         zone->free_area[order].nr_free--;
2352         rmv_page_order(page);
2353
2354         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2355
2356         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2357         if (order >= pageblock_order - 1) {
2358                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2359                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2360                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2361                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2362                                 set_pageblock_migratetype(page,
2363                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2364                 }
2365         }
2366
2367
2368         return 1UL << order;
2369 }
2370
2371 /*
2372  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2373  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2374  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2375  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2376  * are enabled.
2377  *
2378  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2379  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2380  */
2381 int split_free_page(struct page *page)
2382 {
2383         unsigned int order;
2384         int nr_pages;
2385
2386         order = page_order(page);
2387
2388         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2389         if (!nr_pages)
2390                 return 0;
2391
2392         /* Split into individual pages */
2393         set_page_refcounted(page);
2394         split_page(page, order);
2395         return nr_pages;
2396 }
2397
2398 /*
2399  * Update NUMA hit/miss statistics
2400  *
2401  * Must be called with interrupts disabled.
2402  *
2403  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2404  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2405  * memory on behalf of other processes.
2406  */
2407 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2408                                                                 gfp_t flags)
2409 {
2410 #ifdef CONFIG_NUMA
2411         int local_nid = numa_node_id();
2412         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2413
2414         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2415                 local_stat = NUMA_OTHER;
2416                 local_nid = preferred_zone->node;
2417         }
2418
2419         if (z->node == local_nid) {
2420                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2421                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2422         } else {
2423                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2424                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2425         }
2426 #endif
2427 }
2428
2429 /*
2430  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2431  */
2432 static inline
2433 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2434                         struct zone *zone, unsigned int order,
2435                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2436                         int migratetype)
2437 {
2438         unsigned long flags;
2439         struct page *page;
2440         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2441
2442         if (likely(order == 0)) {
2443                 struct per_cpu_pages *pcp;
2444                 struct list_head *list;
2445
2446                 local_irq_save(flags);
2447                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2448                 list = &pcp->lists[migratetype];
2449                 if (list_empty(list)) {
2450                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2451                                         pcp->batch, list,
2452                                         migratetype, cold);
2453                         if (unlikely(list_empty(list)))
2454                                 goto failed;
2455                 }
2456
2457                 if (cold)
2458                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2459                 else
2460                         page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2461
2462                 __dec_zone_state(zone, NR_ALLOC_BATCH);
2463                 list_del(&page->lru);
2464                 pcp->count--;
2465         } else {
2466                 /*
2467                  * We most definitely don't want callers attempting to
2468                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2469                  */
2470                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2471                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2472
2473                 page = NULL;
2474                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2475                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2476                         if (page)
2477                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2478                 }
2479                 if (!page)
2480                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2481                 spin_unlock(&zone->lock);
2482                 if (!page)
2483                         goto failed;
2484                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2485                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2486                                           get_pcppage_migratetype(page));
2487         }
2488
2489         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2490             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2491                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2492
2493         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2494         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2495         local_irq_restore(flags);
2496
2497         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2498         return page;
2499
2500 failed:
2501         local_irq_restore(flags);
2502         return NULL;
2503 }
2504
2505 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2506
2507 static struct {
2508         struct fault_attr attr;
2509
2510         bool ignore_gfp_highmem;
2511         bool ignore_gfp_reclaim;
2512         u32 min_order;
2513 } fail_page_alloc = {
2514         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2515         .ignore_gfp_reclaim = true,
2516         .ignore_gfp_highmem = true,
2517         .min_order = 1,
2518 };
2519
2520 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2521 {
2522         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2523 }
2524 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2525
2526 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2527 {
2528         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2529                 return false;
2530         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2531                 return false;
2532         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2533                 return false;
2534         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2535                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2536                 return false;
2537
2538         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2539 }
2540
2541 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2542
2543 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2544 {
2545         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2546         struct dentry *dir;
2547
2548         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2549                                         &fail_page_alloc.attr);
2550         if (IS_ERR(dir))
2551                 return PTR_ERR(dir);
2552
2553         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2554                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2555                 goto fail;
2556         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2557                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2558                 goto fail;
2559         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2560                                 &fail_page_alloc.min_order))
2561                 goto fail;
2562
2563         return 0;
2564 fail:
2565         debugfs_remove_recursive(dir);
2566
2567         return -ENOMEM;
2568 }
2569
2570 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2571
2572 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2573
2574 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2575
2576 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2577 {
2578         return false;
2579 }
2580
2581 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2582
2583 /*
2584  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2585  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2586  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2587  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2588  */
2589 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2590                         unsigned long mark, int classzone_idx,
2591                         unsigned int alloc_flags,
2592                         long free_pages)
2593 {
2594         long min = mark;
2595         int o;
2596         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2597
2598         /* free_pages may go negative - that's OK */
2599         free_pages -= (1 << order) - 1;
2600
2601         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2602                 min -= min / 2;
2603
2604         /*
2605          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2606          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2607          * atomic reserve but it avoids a search.
2608          */
2609         if (likely(!alloc_harder))
2610                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2611         else
2612                 min -= min / 4;
2613
2614 #ifdef CONFIG_CMA
2615         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2616         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2617                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2618 #endif
2619
2620         /*
2621          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2622          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2623          * even if a suitable page happened to be free.
2624          */
2625         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2626                 return false;
2627
2628         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2629         if (!order)
2630                 return true;
2631
2632         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2633         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2634                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2635                 int mt;
2636
2637                 if (!area->nr_free)
2638                         continue;
2639
2640                 if (alloc_harder)
2641                         return true;
2642
2643                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2644                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2645                                 return true;
2646                 }
2647
2648 #ifdef CONFIG_CMA
2649                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2650                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2651                         return true;
2652                 }
2653 #endif
2654         }
2655         return false;
2656 }
2657
2658 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2659                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2660 {
2661         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2662                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2663 }
2664
2665 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2666                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2667 {
2668         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2669         long cma_pages = 0;
2670
2671 #ifdef CONFIG_CMA
2672         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2673         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2674                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2675 #endif
2676
2677         /*
2678          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2679          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2680          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2681          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2682          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2683          */
2684         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2685                 return true;
2686
2687         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2688                                         free_pages);
2689 }
2690
2691 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2692                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2693 {
2694         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2695
2696         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2697                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2698
2699         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2700                                                                 free_pages);
2701 }
2702
2703 #ifdef CONFIG_NUMA
2704 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2705 {
2706         return local_zone->node == zone->node;
2707 }
2708
2709 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2710 {
2711         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2712                                 RECLAIM_DISTANCE;
2713 }
2714 #else   /* CONFIG_NUMA */
2715 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2716 {
2717         return true;
2718 }
2719
2720 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2721 {
2722         return true;
2723 }
2724 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2725
2726 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2727 {
2728         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2729
2730         do {
2731                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2732                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2733                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2734                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2735         } while (zone++ != preferred_zone);
2736 }
2737
2738 /*
2739  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2740  * a page.
2741  */
2742 static struct page *
2743 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2744                                                 const struct alloc_context *ac)
2745 {
2746         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2747         struct zone *zone;
2748         bool fair_skipped = false;
2749         bool apply_fair = (alloc_flags & ALLOC_FAIR);
2750
2751 zonelist_scan:
2752         /*
2753          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2754          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2755          */
2756         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2757                                                                 ac->nodemask) {
2758                 struct page *page;
2759                 unsigned long mark;
2760
2761                 if (cpusets_enabled() &&
2762                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2763                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2764                                 continue;
2765                 /*
2766                  * Distribute pages in proportion to the individual
2767                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2768                  * page was allocated in should have no effect on the
2769                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2770                  */
2771                 if (apply_fair) {
2772                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2773                                 fair_skipped = true;
2774                                 continue;
2775                         }
2776                         if (!zone_local(ac->preferred_zoneref->zone, zone)) {
2777                                 if (fair_skipped)
2778                                         goto reset_fair;
2779                                 apply_fair = false;
2780                         }
2781                 }
2782                 /*
2783                  * When allocating a page cache page for writing, we
2784                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2785                  * limit, such that no single zone holds more than its
2786                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2787                  * The dirty limits take into account the zone's
2788                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2789                  * should be able to balance it without having to
2790                  * write pages from its LRU list.
2791                  *
2792                  * This may look like it could increase pressure on
2793                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2794                  * before they are full.  But the pages that do spill
2795                  * over are limited as the lower zones are protected
2796                  * by this very same mechanism.  It should not become
2797                  * a practical burden to them.
2798                  *
2799                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2800                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2801                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2802                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2803                  * zones are together not big enough to reach the
2804                  * global limit.  The proper fix for these situations
2805                  * will require awareness of zones in the
2806                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2807                  */
2808                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2809                         continue;
2810
2811                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2812                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
2813                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
2814                         int ret;
2815
2816                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2817                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2818                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2819                                 goto try_this_zone;
2820
2821                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2822                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
2823                                 continue;
2824
2825                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2826                         switch (ret) {
2827                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2828                                 /* did not scan */
2829                                 continue;
2830                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2831                                 /* scanned but unreclaimable */
2832                                 continue;
2833                         default:
2834                                 /* did we reclaim enough */
2835                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2836                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
2837                                         goto try_this_zone;
2838
2839                                 continue;
2840                         }
2841                 }
2842
2843 try_this_zone:
2844                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
2845                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2846                 if (page) {
2847                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2848                                 goto try_this_zone;
2849
2850                         /*
2851                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2852                          * if the pageblock should be reserved for the future
2853                          */
2854                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2855                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2856
2857                         return page;
2858                 }
2859         }
2860
2861         /*
2862          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2863          * local node.  However, the local node might have free pages left
2864          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2865          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2866          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2867          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2868          */
2869         if (fair_skipped) {
2870 reset_fair:
2871                 apply_fair = false;
2872                 fair_skipped = false;
2873                 reset_alloc_batches(ac->preferred_zoneref->zone);
2874                 goto zonelist_scan;
2875         }
2876
2877         return NULL;
2878 }
2879
2880 /*
2881  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2882  * meminfo in irq context.
2883  */
2884 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2885 {
2886         bool ret = false;
2887
2888 #if NODES_SHIFT > 8
2889         ret = in_interrupt();
2890 #endif
2891         return ret;
2892 }
2893
2894 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2895                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2896                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2897
2898 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2899 {
2900         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2901
2902         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2903             debug_guardpage_minorder() > 0)
2904                 return;
2905
2906         /*
2907          * This documents exceptions given to allocations in certain
2908          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2909          * of allowed nodes.
2910          */
2911         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2912                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2913                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2914                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2915         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2916                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2917
2918         if (fmt) {
2919                 struct va_format vaf;
2920                 va_list args;
2921
2922                 va_start(args, fmt);
2923
2924                 vaf.fmt = fmt;
2925                 vaf.va = &args;
2926
2927                 pr_warn("%pV", &vaf);
2928
2929                 va_end(args);
2930         }
2931
2932         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
2933                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
2934         dump_stack();
2935         if (!should_suppress_show_mem())
2936                 show_mem(filter);
2937 }
2938
2939 static inline struct page *
2940 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2941         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2942 {
2943         struct oom_control oc = {
2944                 .zonelist = ac->zonelist,
2945                 .nodemask = ac->nodemask,
2946                 .gfp_mask = gfp_mask,
2947                 .order = order,
2948         };
2949         struct page *page;
2950
2951         *did_some_progress = 0;
2952
2953         /*
2954          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2955          * making progress for us.
2956          */
2957         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2958                 *did_some_progress = 1;
2959                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2960                 return NULL;
2961         }
2962
2963         /*
2964          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2965          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2966          * we're still under heavy pressure.
2967          */
2968         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2969                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2970         if (page)
2971                 goto out;
2972
2973         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2974                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2975                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2976                         goto out;
2977                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2978                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2979                         goto out;
2980                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2981                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2982                         goto out;
2983                 if (pm_suspended_storage())
2984                         goto out;
2985                 /*
2986                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
2987                  * other request to make a forward progress.
2988                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
2989                  * do much for this context but let's try it to at least get
2990                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
2991                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
2992                  * failures more gracefully we should just bail out here.
2993                  */
2994
2995                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2996                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2997                         goto out;
2998         }
2999         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3000         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3001                 *did_some_progress = 1;
3002
3003                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3004                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3005                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
3006                         /*
3007                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3008                          * are depleted
3009                          */
3010                         if (!page)
3011                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3012                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3013                 }
3014         }
3015 out:
3016         mutex_unlock(&oom_lock);
3017         return page;
3018 }
3019
3020 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3021 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3022 static struct page *
3023 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3024                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3025                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
3026                 bool *deferred_compaction)
3027 {
3028         unsigned long compact_result;
3029         struct page *page;
3030
3031         if (!order)
3032                 return NULL;
3033
3034         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3035         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3036                                                 mode, contended_compaction);
3037         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3038
3039         switch (compact_result) {
3040         case COMPACT_DEFERRED:
3041                 *deferred_compaction = true;
3042                 /* fall-through */
3043         case COMPACT_SKIPPED:
3044                 return NULL;
3045         default:
3046                 break;
3047         }
3048
3049         /*
3050          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3051          * count a compaction stall
3052          */
3053         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3054
3055         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3056                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3057
3058         if (page) {
3059                 struct zone *zone = page_zone(page);
3060
3061                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3062                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3063                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3064                 return page;
3065         }
3066
3067         /*
3068          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3069          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3070          */
3071         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3072
3073         cond_resched();
3074
3075         return NULL;
3076 }
3077 #else
3078 static inline struct page *
3079 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3080                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3081                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
3082                 bool *deferred_compaction)
3083 {
3084         return NULL;
3085 }
3086 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3087
3088 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3089 static int
3090 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3091                                         const struct alloc_context *ac)
3092 {
3093         struct reclaim_state reclaim_state;
3094         int progress;
3095
3096         cond_resched();
3097
3098         /* We now go into synchronous reclaim */
3099         cpuset_memory_pressure_bump();
3100         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3101         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3102         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3103         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3104
3105         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3106                                                                 ac->nodemask);
3107
3108         current->reclaim_state = NULL;
3109         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3110         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3111
3112         cond_resched();
3113
3114         return progress;
3115 }
3116
3117 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3118 static inline struct page *
3119 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3120                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3121                 unsigned long *did_some_progress)
3122 {
3123         struct page *page = NULL;
3124         bool drained = false;
3125
3126         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3127         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3128                 return NULL;
3129
3130 retry:
3131         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3132                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3133
3134         /*
3135          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3136          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3137          * Shrink them them and try again
3138          */
3139         if (!page && !drained) {
3140                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3141                 drain_all_pages(NULL);
3142                 drained = true;
3143                 goto retry;
3144         }
3145
3146         return page;
3147 }
3148
3149 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3150 {
3151         struct zoneref *z;
3152         struct zone *zone;
3153
3154         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3155                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
3156                 wakeup_kswapd(zone, order, ac_classzone_idx(ac));
3157 }
3158
3159 static inline unsigned int
3160 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3161 {
3162         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3163
3164         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3165         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3166
3167         /*
3168          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3169          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3170          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3171          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3172          */
3173         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3174
3175         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3176                 /*
3177                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3178                  * if it can't schedule.
3179                  */
3180                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3181                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3182                 /*
3183                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3184                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3185                  */
3186                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3187         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3188                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3189
3190         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3191                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3192                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3193                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3194                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3195                 else if (!in_interrupt() &&
3196                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3197                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3198                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3199         }
3200 #ifdef CONFIG_CMA
3201         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3202                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3203 #endif
3204         return alloc_flags;
3205 }
3206
3207 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3208 {
3209         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3210 }
3211
3212 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3213 {
3214         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3215 }
3216
3217 static inline struct page *
3218 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3219                                                 struct alloc_context *ac)
3220 {
3221         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3222         struct page *page = NULL;
3223         unsigned int alloc_flags;
3224         unsigned long pages_reclaimed = 0;
3225         unsigned long did_some_progress;
3226         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3227         bool deferred_compaction = false;
3228         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
3229
3230         /*
3231          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3232          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3233          * be using allocators in order of preference for an area that is
3234          * too large.
3235          */
3236         if (order >= MAX_ORDER) {
3237                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3238                 return NULL;
3239         }
3240
3241         /*
3242          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3243          * callers that are not in atomic context.
3244          */
3245         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3246                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3247                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3248
3249 retry:
3250         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3251                 wake_all_kswapds(order, ac);
3252
3253         /*
3254          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3255          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3256          * to how we want to proceed.
3257          */
3258         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3259
3260         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3261         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3262                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3263         if (page)
3264                 goto got_pg;
3265
3266         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3267         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3268                 /*
3269                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3270                  * the allocation is high priority and these type of
3271                  * allocations are system rather than user orientated
3272                  */
3273                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3274                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3275                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3276                 if (page)
3277                         goto got_pg;
3278         }
3279
3280         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3281         if (!can_direct_reclaim) {
3282                 /*
3283                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3284                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3285                  * to fail.
3286                  */
3287                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3288                 goto nopage;
3289         }
3290
3291         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3292         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3293                 /*
3294                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3295                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3296                  * for somebody to do a work for us.
3297                  */
3298                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3299                         cond_resched();
3300                         goto retry;
3301                 }
3302                 goto nopage;
3303         }
3304
3305         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3306         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3307                 goto nopage;
3308
3309         /*
3310          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3311          * attempts after direct reclaim are synchronous
3312          */
3313         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3314                                         migration_mode,
3315                                         &contended_compaction,
3316                                         &deferred_compaction);
3317         if (page)
3318                 goto got_pg;
3319
3320         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3321         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3322                 /*
3323                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3324                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3325                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3326                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3327                  * instead of entering direct reclaim.
3328                  */
3329                 if (deferred_compaction)
3330                         goto nopage;
3331
3332                 /*
3333                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3334                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3335                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3336                  * so we fallback to base pages instead.
3337                  */
3338                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3339                         goto nopage;
3340
3341                 /*
3342                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3343                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3344                  * khugepaged trying to collapse.
3345                  */
3346                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3347                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3348                         goto nopage;
3349         }
3350
3351         /*
3352          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3353          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3354          * khugepaged trying to collapse.
3355          */
3356         if (!is_thp_gfp_mask(gfp_mask) || (current->flags & PF_KTHREAD))
3357                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3358
3359         /* Try direct reclaim and then allocating */
3360         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3361                                                         &did_some_progress);
3362         if (page)
3363                 goto got_pg;
3364
3365         /* Do not loop if specifically requested */
3366         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3367                 goto noretry;
3368
3369         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3370         pages_reclaimed += did_some_progress;
3371         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3372             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3373                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3374                 wait_iff_congested(ac->preferred_zoneref->zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3375                 goto retry;
3376         }
3377
3378         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3379         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3380         if (page)
3381                 goto got_pg;
3382
3383         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3384         if (did_some_progress)
3385                 goto retry;
3386
3387 noretry:
3388         /*
3389          * High-order allocations do not necessarily loop after
3390          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3391          * being called after reclaim so call directly if necessary
3392          */
3393         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3394                                             ac, migration_mode,
3395                                             &contended_compaction,
3396                                             &deferred_compaction);
3397         if (page)
3398                 goto got_pg;
3399 nopage:
3400         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3401 got_pg:
3402         return page;
3403 }
3404
3405 /*
3406  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3407  */
3408 struct page *
3409 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3410                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3411 {
3412         struct page *page;
3413         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3414         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_FAIR;
3415         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3416         struct alloc_context ac = {
3417                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3418                 .zonelist = zonelist,
3419                 .nodemask = nodemask,
3420                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3421         };
3422
3423         if (cpusets_enabled()) {
3424                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3425                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3426                 if (!ac.nodemask)
3427                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3428         }
3429
3430         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3431
3432         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3433
3434         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3435
3436         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3437                 return NULL;
3438
3439         /*
3440          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3441          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3442          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3443          */
3444         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3445                 return NULL;
3446
3447         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3448                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3449
3450 retry_cpuset:
3451         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3452
3453         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3454         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3455
3456         /* The preferred zone is used for statistics later */
3457         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3458                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3459         if (!ac.preferred_zoneref) {
3460                 page = NULL;
3461                 goto no_zone;
3462         }
3463
3464         /* First allocation attempt */
3465         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3466         if (likely(page))
3467                 goto out;
3468
3469         /*
3470          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3471          * because I/O on the device might not complete.
3472          */
3473         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3474         ac.spread_dirty_pages = false;
3475
3476         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3477
3478 no_zone:
3479         /*
3480          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3481          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3482          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3483          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3484          */
3485         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3486                 alloc_mask = gfp_mask;
3487                 goto retry_cpuset;
3488         }
3489
3490 out:
3491         if (kmemcheck_enabled && page)
3492                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3493
3494         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3495
3496         return page;
3497 }
3498 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3499
3500 /*
3501  * Common helper functions.
3502  */
3503 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3504 {
3505         struct page *page;
3506
3507         /*
3508          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3509          * a highmem page
3510          */
3511         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3512
3513         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3514         if (!page)
3515                 return 0;
3516         return (unsigned long) page_address(page);
3517 }
3518 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3519
3520 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3521 {
3522         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3523 }
3524 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3525
3526 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3527 {
3528         if (put_page_testzero(page)) {
3529                 if (order == 0)
3530                         free_hot_cold_page(page, false);
3531                 else
3532                         __free_pages_ok(page, order);
3533         }
3534 }
3535
3536 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3537
3538 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3539 {
3540         if (addr != 0) {
3541                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3542                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3543         }
3544 }
3545
3546 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3547
3548 /*
3549  * Page Fragment:
3550  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3551  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3552  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3553  *
3554  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3555  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3556  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3557  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3558  */
3559 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3560                                        gfp_t gfp_mask)
3561 {
3562         struct page *page = NULL;
3563         gfp_t gfp = gfp_mask;
3564
3565 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3566         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3567                     __GFP_NOMEMALLOC;
3568         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3569                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3570         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3571 #endif
3572         if (unlikely(!page))
3573                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3574
3575         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3576
3577         return page;
3578 }
3579
3580 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3581                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3582 {
3583         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3584         struct page *page;
3585         int offset;
3586
3587         if (unlikely(!nc->va)) {
3588 refill:
3589                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3590                 if (!page)
3591                         return NULL;
3592
3593 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3594                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3595                 size = nc->size;
3596 #endif
3597                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3598                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3599                  */
3600                 page_ref_add(page, size - 1);
3601
3602                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3603                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3604                 nc->pagecnt_bias = size;
3605                 nc->offset = size;
3606         }
3607
3608         offset = nc->offset - fragsz;
3609         if (unlikely(offset < 0)) {
3610                 page = virt_to_page(nc->va);
3611
3612                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3613                         goto refill;
3614
3615 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3616                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3617                 size = nc->size;
3618 #endif
3619                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3620                 set_page_count(page, size);
3621
3622                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3623                 nc->pagecnt_bias = size;
3624                 offset = size - fragsz;
3625         }
3626
3627         nc->pagecnt_bias--;
3628         nc->offset = offset;
3629
3630         return nc->va + offset;
3631 }
3632 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3633
3634 /*
3635  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3636  */
3637 void __free_page_frag(void *addr)
3638 {
3639         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3640
3641         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3642                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3643 }
3644 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3645
3646 /*
3647  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3648  * of the current memory cgroup if __GFP_ACCOUNT is set, other than that it is
3649  * equivalent to alloc_pages.
3650  *
3651  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3652  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3653  */
3654 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3655 {
3656         struct page *page;
3657
3658         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3659         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3660                 __free_pages(page, order);
3661                 page = NULL;
3662         }
3663         return page;
3664 }
3665
3666 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3667 {
3668         struct page *page;
3669
3670         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3671         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3672                 __free_pages(page, order);
3673                 page = NULL;
3674         }
3675         return page;
3676 }
3677
3678 /*
3679  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3680  * alloc_kmem_pages.
3681  */
3682 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3683 {
3684         memcg_kmem_uncharge(page, order);
3685         __free_pages(page, order);
3686 }
3687
3688 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3689 {
3690         if (addr != 0) {
3691                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3692                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3693         }
3694 }
3695
3696 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3697                 size_t size)
3698 {
3699         if (addr) {
3700                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3701                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3702
3703                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3704                 while (used < alloc_end) {
3705                         free_page(used);
3706                         used += PAGE_SIZE;
3707                 }
3708         }
3709         return (void *)addr;
3710 }
3711
3712 /**
3713  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3714  * @size: the number of bytes to allocate
3715  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3716  *
3717  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3718  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3719  * allocate memory in power-of-two pages.
3720  *
3721  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3722  *
3723  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3724  */
3725 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3726 {
3727         unsigned int order = get_order(size);
3728         unsigned long addr;
3729
3730         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3731         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3732 }
3733 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3734
3735 /**
3736  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3737  *                         pages on a node.
3738  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3739  * @size: the number of bytes to allocate
3740  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3741  *
3742  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3743  * back.
3744  */
3745 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3746 {
3747         unsigned int order = get_order(size);
3748         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3749         if (!p)
3750                 return NULL;
3751         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3752 }
3753
3754 /**
3755  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3756  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3757  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3758  *
3759  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3760  */
3761 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3762 {
3763         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3764         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3765
3766         while (addr < end) {
3767                 free_page(addr);
3768                 addr += PAGE_SIZE;
3769         }
3770 }
3771 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3772
3773 /**
3774  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3775  * @offset: The zone index of the highest zone
3776  *
3777  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3778  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3779  * zone, the number of pages is calculated as:
3780  *     managed_pages - high_pages
3781  */
3782 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3783 {
3784         struct zoneref *z;
3785         struct zone *zone;
3786
3787         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3788         unsigned long sum = 0;
3789
3790         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3791
3792         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3793                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3794                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3795                 if (size > high)
3796                         sum += size - high;
3797         }
3798
3799         return sum;
3800 }
3801
3802 /**
3803  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3804  *
3805  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3806  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3807  */
3808 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3809 {
3810         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3811 }
3812 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3813
3814 /**
3815  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3816  *
3817  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3818  * high watermark within all zones.
3819  */
3820 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3821 {
3822         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3823 }
3824
3825 static inline void show_node(struct zone *zone)
3826 {
3827         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3828                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3829 }
3830
3831 long si_mem_available(void)
3832 {
3833         long available;
3834         unsigned long pagecache;
3835         unsigned long wmark_low = 0;
3836         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
3837         struct zone *zone;
3838         int lru;
3839
3840         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
3841                 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
3842
3843         for_each_zone(zone)
3844                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
3845
3846         /*
3847          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
3848          * without causing swapping.
3849          */
3850         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
3851
3852         /*
3853          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
3854          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
3855          * low watermark worth of cache, needs to stay.
3856          */
3857         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
3858         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
3859         available += pagecache;
3860
3861         /*
3862          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
3863          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
3864          */
3865         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
3866                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
3867
3868         if (available < 0)
3869                 available = 0;
3870         return available;
3871 }
3872 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
3873
3874 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3875 {
3876         val->totalram = totalram_pages;
3877         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3878         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3879         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3880         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3881         val->freehigh = nr_free_highpages();
3882         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3883 }
3884
3885 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3886
3887 #ifdef CONFIG_NUMA
3888 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3889 {
3890         int zone_type;          /* needs to be signed */
3891         unsigned long managed_pages = 0;
3892         unsigned long managed_highpages = 0;
3893         unsigned long free_highpages = 0;
3894         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3895
3896         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3897                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3898         val->totalram = managed_pages;
3899         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3900         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3901 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3902         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
3903                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
3904
3905                 if (is_highmem(zone)) {
3906                         managed_highpages += zone->managed_pages;
3907                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3908                 }
3909         }
3910         val->totalhigh = managed_highpages;
3911         val->freehigh = free_highpages;
3912 #else
3913         val->totalhigh = managed_highpages;
3914         val->freehigh = free_highpages;
3915 #endif
3916         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3917 }
3918 #endif
3919
3920 /*
3921  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3922  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3923  */
3924 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3925 {
3926         bool ret = false;
3927         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3928
3929         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3930                 goto out;
3931
3932         do {
3933                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3934                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3935         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3936 out:
3937         return ret;
3938 }
3939
3940 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3941
3942 static void show_migration_types(unsigned char type)
3943 {
3944         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3945                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3946                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3947                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3948                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
3949 #ifdef CONFIG_CMA
3950                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3951 #endif
3952 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3953                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3954 #endif
3955         };
3956         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3957         char *p = tmp;
3958         int i;
3959
3960         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3961                 if (type & (1 << i))
3962                         *p++ = types[i];
3963         }
3964
3965         *p = '\0';
3966         printk("(%s) ", tmp);
3967 }
3968
3969 /*
3970  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3971  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3972  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3973  *
3974  * Bits in @filter:
3975  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3976  *   cpuset.
3977  */
3978 void show_free_areas(unsigned int filter)
3979 {
3980         unsigned long free_pcp = 0;
3981         int cpu;
3982         struct zone *zone;
3983
3984         for_each_populated_zone(zone) {
3985                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3986                         continue;
3987
3988                 for_each_online_cpu(cpu)
3989                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3990         }
3991
3992         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3993                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3994                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3995                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3996                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3997                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3998                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3999                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4000                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4001                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4002                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4003                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4004                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4005                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4006                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
4007                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4008                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4009                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4010                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4011                 global_page_state(NR_SHMEM),
4012                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4013                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4014                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4015                 free_pcp,
4016                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4017
4018         for_each_populated_zone(zone) {
4019                 int i;
4020
4021                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4022                         continue;
4023
4024                 free_pcp = 0;
4025                 for_each_online_cpu(cpu)
4026                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4027
4028                 show_node(zone);
4029                 printk("%s"
4030                         " free:%lukB"
4031                         " min:%lukB"
4032                         " low:%lukB"
4033                         " high:%lukB"
4034                         " active_anon:%lukB"
4035                         " inactive_anon:%lukB"
4036                         " active_file:%lukB"
4037                         " inactive_file:%lukB"
4038                         " unevictable:%lukB"
4039                         " isolated(anon):%lukB"
4040                         " isolated(file):%lukB"
4041                         " present:%lukB"
4042                         " managed:%lukB"
4043                         " mlocked:%lukB"
4044                         " dirty:%lukB"
4045                         " writeback:%lukB"
4046                         " mapped:%lukB"
4047                         " shmem:%lukB"
4048                         " slab_reclaimable:%lukB"
4049                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4050                         " kernel_stack:%lukB"
4051                         " pagetables:%lukB"
4052                         " unstable:%lukB"
4053                         " bounce:%lukB"
4054                         " free_pcp:%lukB"
4055                         " local_pcp:%ukB"
4056                         " free_cma:%lukB"
4057                         " writeback_tmp:%lukB"
4058                         " pages_scanned:%lu"
4059                         " all_unreclaimable? %s"
4060                         "\n",
4061                         zone->name,
4062                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4063                         K(min_wmark_pages(zone)),
4064                         K(low_wmark_pages(zone)),
4065                         K(high_wmark_pages(zone)),
4066                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
4067                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
4068                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
4069                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
4070                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
4071                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
4072                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
4073                         K(zone->present_pages),
4074                         K(zone->managed_pages),
4075                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4076                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
4077                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
4078                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
4079                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
4080                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4081                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4082                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
4083                                 THREAD_SIZE / 1024,
4084                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4085                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
4086                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4087                         K(free_pcp),
4088                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4089                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
4090                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4091                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
4092                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
4093                         );
4094                 printk("lowmem_reserve[]:");
4095                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4096                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4097                 printk("\n");
4098         }
4099
4100         for_each_populated_zone(zone) {
4101                 unsigned int order;
4102                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4103                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4104
4105                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4106                         continue;
4107                 show_node(zone);
4108                 printk("%s: ", zone->name);
4109
4110                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4111                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4112                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4113                         int type;
4114
4115                         nr[order] = area->nr_free;
4116                         total += nr[order] << order;
4117
4118                         types[order] = 0;
4119                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4120                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4121                                         types[order] |= 1 << type;
4122                         }
4123                 }
4124                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4125                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4126                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4127                         if (nr[order])
4128                                 show_migration_types(types[order]);
4129                 }
4130                 printk("= %lukB\n", K(total));
4131         }
4132
4133         hugetlb_show_meminfo();
4134
4135         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
4136
4137         show_swap_cache_info();
4138 }
4139
4140 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4141 {
4142         zoneref->zone = zone;
4143         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4144 }
4145
4146 /*
4147  * Builds allocation fallback zone lists.
4148  *
4149  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4150  */
4151 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4152                                 int nr_zones)
4153 {
4154         struct zone *zone;
4155         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4156
4157         do {
4158                 zone_type--;
4159                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4160                 if (populated_zone(zone)) {
4161                         zoneref_set_zone(zone,
4162                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4163                         check_highest_zone(zone_type);
4164                 }
4165         } while (zone_type);
4166
4167         return nr_zones;
4168 }
4169
4170
4171 /*
4172  *  zonelist_order:
4173  *  0 = automatic detection of better ordering.
4174  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4175  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4176  *
4177  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4178  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4179  */
4180 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4181 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4182 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4183
4184 /* zonelist order in the kernel.
4185  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4186  */
4187 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4188 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4189
4190
4191 #ifdef CONFIG_NUMA
4192 /* The value user specified ....changed by config */
4193 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4194 /* string for sysctl */
4195 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4196 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4197
4198 /*
4199  * interface for configure zonelist ordering.
4200  * command line option "numa_zonelist_order"
4201  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4202  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4203  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4204  */
4205
4206 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4207 {
4208         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4209                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4210         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4211                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4212         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4213                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4214         } else {
4215                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4216                 return -EINVAL;
4217         }
4218         return 0;
4219 }
4220
4221 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4222 {
4223         int ret;
4224
4225         if (!s)
4226                 return 0;
4227
4228         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4229         if (ret == 0)
4230                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4231
4232         return ret;
4233 }
4234 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4235
4236 /*
4237  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4238  */
4239 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4240                 void __user *buffer, size_t *length,
4241                 loff_t *ppos)
4242 {
4243         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4244         int ret;
4245         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4246
4247         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4248         if (write) {
4249                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4250                         ret = -EINVAL;
4251                         goto out;
4252                 }
4253                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4254         }
4255         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4256         if (ret)
4257                 goto out;
4258         if (write) {
4259                 int oldval = user_zonelist_order;
4260
4261                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4262                 if (ret) {
4263                         /*
4264                          * bogus value.  restore saved string
4265                          */
4266                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4267                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4268                         user_zonelist_order = oldval;
4269                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4270                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4271                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4272                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4273                 }
4274         }
4275 out:
4276         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4277         return ret;
4278 }
4279
4280
4281 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4282 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4283
4284 /**
4285  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4286  * @node: node whose fallback list we're appending
4287  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4288  *
4289  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4290  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4291  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4292  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4293  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4294  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4295  * on them otherwise.
4296  * It returns -1 if no node is found.
4297  */
4298 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4299 {
4300         int n, val;
4301         int min_val = INT_MAX;
4302         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4303         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4304
4305         /* Use the local node if we haven't already */
4306         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4307                 node_set(node, *used_node_mask);
4308                 return node;
4309         }
4310
4311         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4312
4313                 /* Don't want a node to appear more than once */
4314                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4315                         continue;
4316
4317                 /* Use the distance array to find the distance */
4318                 val = node_distance(node, n);
4319
4320                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4321                 val += (n < node);
4322
4323                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4324                 tmp = cpumask_of_node(n);
4325                 if (!cpumask_empty(tmp))
4326                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4327
4328                 /* Slight preference for less loaded node */
4329                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4330                 val += node_load[n];
4331
4332                 if (val < min_val) {
4333                         min_val = val;
4334                         best_node = n;
4335                 }
4336         }
4337
4338         if (best_node >= 0)
4339                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4340
4341         return best_node;
4342 }
4343
4344
4345 /*
4346  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4347  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4348  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4349  */
4350 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4351 {
4352         int j;
4353         struct zonelist *zonelist;
4354
4355         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4356         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4357                 ;
4358         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4359         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4360         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4361 }
4362
4363 /*
4364  * Build gfp_thisnode zonelists
4365  */
4366 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4367 {
4368         int j;
4369         struct zonelist *zonelist;
4370
4371         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4372         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4373         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4374         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4375 }
4376
4377 /*
4378  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4379  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4380  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4381  * may still exist in local DMA zone.
4382  */
4383 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4384
4385 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4386 {
4387         int pos, j, node;
4388         int zone_type;          /* needs to be signed */
4389         struct zone *z;
4390         struct zonelist *zonelist;
4391
4392         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4393         pos = 0;
4394         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4395                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4396                         node = node_order[j];
4397                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4398                         if (populated_zone(z)) {
4399                                 zoneref_set_zone(z,
4400                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4401                                 check_highest_zone(zone_type);
4402                         }
4403                 }
4404         }
4405         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4406         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4407 }
4408
4409 #if defined(CONFIG_64BIT)
4410 /*
4411  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4412  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4413  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4414  */
4415 static int default_zonelist_order(void)
4416 {
4417         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4418 }
4419 #else
4420 /*
4421  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4422  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4423  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4424  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4425  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4426  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4427  */
4428 static int default_zonelist_order(void)
4429 {
4430         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4431 }
4432 #endif /* CONFIG_64BIT */
4433
4434 static void set_zonelist_order(void)
4435 {
4436         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4437                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4438         else
4439                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4440 }
4441
4442 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4443 {
4444         int i, node, load;
4445         nodemask_t used_mask;
4446         int local_node, prev_node;
4447         struct zonelist *zonelist;
4448         unsigned int order = current_zonelist_order;
4449
4450         /* initialize zonelists */
4451         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4452                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4453                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4454                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4455         }
4456
4457         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4458         local_node = pgdat->node_id;
4459         load = nr_online_nodes;
4460         prev_node = local_node;
4461         nodes_clear(used_mask);
4462
4463         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4464         i = 0;
4465
4466         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4467                 /*
4468                  * We don't want to pressure a particular node.
4469                  * So adding penalty to the first node in same
4470                  * distance group to make it round-robin.
4471                  */
4472                 if (node_distance(local_node, node) !=
4473                     node_distance(local_node, prev_node))
4474                         node_load[node] = load;
4475
4476                 prev_node = node;
4477                 load--;
4478                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4479                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4480                 else
4481                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4482         }
4483
4484         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4485                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4486                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4487         }
4488
4489         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4490 }
4491
4492 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4493 /*
4494  * Return node id of node used for "local" allocations.
4495  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4496  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4497  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4498  */
4499 int local_memory_node(int node)
4500 {
4501         struct zoneref *z;
4502
4503         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4504                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4505                                    NULL);
4506         return z->zone->node;
4507 }
4508 #endif
4509
4510 #else   /* CONFIG_NUMA */
4511
4512 static void set_zonelist_order(void)
4513 {
4514         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4515 }
4516
4517 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4518 {
4519         int node, local_node;
4520         enum zone_type j;
4521         struct zonelist *zonelist;
4522
4523         local_node = pgdat->node_id;
4524
4525         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4526         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4527
4528         /*
4529          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4530          * of all the other nodes.
4531          * We don't want to pressure a particular node, so when
4532          * building the zones for node N, we make sure that the
4533          * zones coming right after the local ones are those from
4534          * node N+1 (modulo N)
4535          */
4536         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4537                 if (!node_online(node))
4538                         continue;
4539                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4540         }
4541         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4542                 if (!node_online(node))
4543                         continue;
4544                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4545         }
4546
4547         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4548         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4549 }
4550
4551 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4552
4553 /*
4554  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4555  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4556  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4557  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4558  * with interrupts disabled.
4559  *
4560  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4561  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4562  * hotplugged processors.
4563  *
4564  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4565  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4566  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4567  */
4568 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4569 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4570 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4571
4572 /*
4573  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4574  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4575  */
4576 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4577
4578 /* return values int ....just for stop_machine() */
4579 static int __build_all_zonelists(void *data)
4580 {
4581         int nid;
4582         int cpu;
4583         pg_data_t *self = data;
4584
4585 #ifdef CONFIG_NUMA
4586         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4587 #endif
4588
4589         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4590                 build_zonelists(self);
4591         }
4592
4593         for_each_online_node(nid) {
4594                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4595
4596                 build_zonelists(pgdat);
4597         }
4598
4599         /*
4600          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4601          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4602          * each zone will be allocated later when the per cpu
4603          * allocator is available.
4604          *
4605          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4606          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4607          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4608          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4609          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4610          * (a chicken-egg dilemma).
4611          */
4612         for_each_possible_cpu(cpu) {
4613                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4614
4615 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4616                 /*
4617                  * We now know the "local memory node" for each node--
4618                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4619                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4620                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4621                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4622                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4623                  */
4624                 if (cpu_online(cpu))
4625                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4626 #endif
4627         }
4628
4629         return 0;
4630 }
4631
4632 static noinline void __init
4633 build_all_zonelists_init(void)
4634 {
4635         __build_all_zonelists(NULL);
4636         mminit_verify_zonelist();
4637         cpuset_init_current_mems_allowed();
4638 }
4639
4640 /*
4641  * Called with zonelists_mutex held always
4642  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4643  *
4644  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4645  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4646  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4647  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4648  */
4649 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4650 {
4651         set_zonelist_order();
4652
4653         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4654                 build_all_zonelists_init();
4655         } else {
4656 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4657                 if (zone)
4658                         setup_zone_pageset(zone);
4659 #endif
4660                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4661                    of zonelist */
4662                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4663                 /* cpuset refresh routine should be here */
4664         }
4665         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4666         /*
4667          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4668          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4669          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4670          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4671          * disabled and enable it later
4672          */
4673         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4674                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4675         else
4676                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4677
4678         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
4679                 nr_online_nodes,
4680                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4681                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4682                 vm_total_pages);
4683 #ifdef CONFIG_NUMA
4684         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4685 #endif
4686 }
4687
4688 /*
4689  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4690  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4691  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4692  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4693  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4694  * conservative, even though it seems large.
4695  *
4696  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4697  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4698  */
4699 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4700
4701 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4702 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4703 {
4704         unsigned long size = 1;
4705
4706         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4707
4708         while (size < pages)
4709                 size <<= 1;
4710
4711         /*
4712          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4713          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4714          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4715          */
4716         size = min(size, 4096UL);
4717
4718         return max(size, 4UL);
4719 }
4720 #else
4721 /*
4722  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4723  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4724  *
4725  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4726  *
4727  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4728  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4729  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4730  *
4731  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4732  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4733  *
4734  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4735  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4736  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4737  */
4738 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4739 {
4740         return 4096UL;
4741 }
4742 #endif
4743
4744 /*
4745  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4746  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4747  * hash function before the remainder is taken.
4748  */
4749 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4750 {
4751         return ffz(~size);
4752 }
4753
4754 /*
4755  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4756  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4757  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4758  */
4759 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4760                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4761 {
4762         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
4763         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4764         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4765         unsigned long pfn;
4766         unsigned long nr_initialised = 0;
4767 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4768         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
4769 #endif
4770
4771         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4772                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4773
4774         /*
4775          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
4776          * memory
4777          */
4778         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
4779                 start_pfn += altmap->reserve;
4780
4781         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4782                 /*
4783                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
4784                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
4785                  */
4786                 if (context != MEMMAP_EARLY)
4787                         goto not_early;
4788
4789                 if (!early_pfn_valid(pfn))
4790                         continue;
4791                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4792                         continue;
4793                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
4794                         break;
4795
4796 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4797                 /*
4798                  * If not mirrored_kernelcore and ZONE_MOVABLE exists, range
4799                  * from zone_movable_pfn[nid] to end of each node should be
4800                  * ZONE_MOVABLE not ZONE_NORMAL. skip it.
4801                  */
4802                 if (!mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid])
4803                         if (zone == ZONE_NORMAL && pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4804                                 continue;
4805
4806                 /*
4807                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
4808                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
4809                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
4810                  */
4811                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
4812                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
4813                                 for_each_memblock(memory, tmp)
4814                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
4815                                                 break;
4816                                 r = tmp;
4817                         }
4818                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
4819                             memblock_is_mirror(r)) {
4820                                 /* already initialized as NORMAL */
4821                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
4822                                 continue;
4823                         }
4824                 }
4825 #endif
4826
4827 not_early:
4828                 /*
4829                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4830                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4831                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4832                  * the address space during boot when many long-lived
4833                  * kernel allocations are made.
4834                  *
4835                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4836                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4837                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4838                  * pfn out of zone.
4839                  */
4840                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4841                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4842
4843                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4844                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4845                 } else {
4846                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4847                 }
4848         }
4849 }
4850
4851 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4852 {
4853         unsigned int order, t;
4854         for_each_migratetype_order(order, t) {
4855                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4856                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4857         }
4858 }
4859
4860 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4861 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4862         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4863 #endif
4864
4865 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4866 {
4867 #ifdef CONFIG_MMU
4868         int batch;
4869
4870         /*
4871          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4872          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4873          *
4874          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4875          */
4876         batch = zone->managed_pages / 1024;
4877         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4878                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4879         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4880         if (batch < 1)
4881                 batch = 1;
4882
4883         /*
4884          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4885          * of 2 value was found to be more likely to have
4886          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4887          *
4888          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4889          * batches of pages, one task can end up with a lot
4890          * of pages of one half of the possible page colors
4891          * and the other with pages of the other colors.
4892          */
4893         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4894
4895         return batch;
4896
4897 #else
4898         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4899          * conditions.
4900          *
4901          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4902          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4903          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4904          *
4905          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4906          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4907          * can be a significant delay between the individual batches being
4908          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4909          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4910          */
4911         return 0;
4912 #endif
4913 }
4914
4915 /*
4916  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4917  * ->batch must never be higher then ->high.
4918  * The following function updates them in a safe manner without read side
4919  * locking.
4920  *
4921  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4922  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4923  *
4924  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4925  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4926  * exist).
4927  */
4928 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4929                 unsigned long batch)
4930 {
4931        /* start with a fail safe value for batch */
4932         pcp->batch = 1;
4933         smp_wmb();
4934
4935        /* Update high, then batch, in order */
4936         pcp->high = high;
4937         smp_wmb();
4938
4939         pcp->batch = batch;
4940 }
4941
4942 /* a companion to pageset_set_high() */
4943 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4944 {
4945         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4946 }
4947
4948 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4949 {
4950         struct per_cpu_pages *pcp;
4951         int migratetype;
4952
4953         memset(p, 0, sizeof(*p));
4954
4955         pcp = &p->pcp;
4956         pcp->count = 0;
4957         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4958                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4959 }
4960
4961 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4962 {
4963         pageset_init(p);
4964         pageset_set_batch(p, batch);
4965 }
4966
4967 /*
4968  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4969  * to the value high for the pageset p.
4970  */
4971 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4972                                 unsigned long high)
4973 {
4974         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4975         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4976                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4977
4978         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4979 }
4980
4981 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4982                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4983 {
4984         if (percpu_pagelist_fraction)
4985                 pageset_set_high(pcp,
4986                         (zone->managed_pages /
4987                                 percpu_pagelist_fraction));
4988         else
4989                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4990 }
4991
4992 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4993 {
4994         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4995
4996         pageset_init(pcp);
4997         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4998 }
4999
5000 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5001 {
5002         int cpu;
5003         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5004         for_each_possible_cpu(cpu)
5005                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5006 }
5007
5008 /*
5009  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5010  * Before this call only boot pagesets were available.
5011  */
5012 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5013 {
5014         struct zone *zone;
5015
5016         for_each_populated_zone(zone)
5017                 setup_zone_pageset(zone);
5018 }
5019
5020 static noinline __init_refok
5021 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
5022 {
5023         int i;
5024         size_t alloc_size;
5025
5026         /*
5027          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
5028          * per zone.
5029          */
5030         zone->wait_table_hash_nr_entries =
5031                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
5032         zone->wait_table_bits =
5033                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
5034         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
5035                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
5036
5037         if (!slab_is_available()) {
5038                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
5039                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
5040                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
5041         } else {
5042                 /*
5043                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
5044                  * via memory hot-add.
5045                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
5046                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
5047                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
5048                  * node itself as well.
5049                  * To use this new node's memory, further consideration will be
5050                  * necessary.
5051                  */
5052                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
5053         }
5054         if (!zone->wait_table)
5055                 return -ENOMEM;
5056
5057         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
5058                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
5059
5060         return 0;
5061 }
5062
5063 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5064 {
5065         /*
5066          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5067          * relies on the ability of the linker to provide the
5068          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5069          */
5070         zone->pageset = &boot_pageset;
5071
5072         if (populated_zone(zone))
5073                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5074                         zone->name, zone->present_pages,
5075                                          zone_batchsize(zone));
5076 }
5077
5078 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5079                                         unsigned long zone_start_pfn,
5080                                         unsigned long size)
5081 {
5082         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5083         int ret;
5084         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5085         if (ret)
5086                 return ret;
5087         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5088
5089         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5090
5091         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5092                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5093                         pgdat->node_id,
5094                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5095                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5096
5097         zone_init_free_lists(zone);
5098
5099         return 0;
5100 }
5101
5102 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5103 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5104
5105 /*
5106  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5107  */
5108 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5109                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5110 {
5111         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5112         int nid;
5113
5114         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5115                 return state->last_nid;
5116
5117         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5118         if (nid != -1) {
5119                 state->last_start = start_pfn;
5120                 state->last_end = end_pfn;
5121                 state->last_nid = nid;
5122         }
5123
5124         return nid;
5125 }
5126 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5127
5128 /**
5129  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5130  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5131  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5132  *
5133  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5134  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5135  * memblock_free_early_nid() manually.
5136  */
5137 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5138 {
5139         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5140         int i, this_nid;
5141
5142         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5143                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5144                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5145
5146                 if (start_pfn < end_pfn)
5147                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5148                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5149                                         this_nid);
5150         }
5151 }
5152
5153 /**
5154  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5155  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5156  *
5157  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5158  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5159  */
5160 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5161 {
5162         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5163         int i, this_nid;
5164
5165         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5166                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5167 }
5168
5169 /**
5170  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5171  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5172  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5173  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5174  *
5175  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5176  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5177  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5178  * PFNs will be 0.
5179  */
5180 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5181                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5182 {
5183         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5184         int i;
5185
5186         *start_pfn = -1UL;
5187         *end_pfn = 0;
5188
5189         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5190                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5191                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5192         }
5193
5194         if (*start_pfn == -1UL)
5195                 *start_pfn = 0;
5196 }
5197
5198 /*
5199  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5200  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5201  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5202  */
5203 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5204 {
5205         int zone_index;
5206         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5207                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5208                         continue;
5209
5210                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5211                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5212                         break;
5213         }
5214
5215         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5216         movable_zone = zone_index;
5217 }
5218
5219 /*
5220  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5221  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5222  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5223  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5224  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5225  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5226  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5227  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5228  */
5229 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5230                                         unsigned long zone_type,
5231                                         unsigned long node_start_pfn,
5232                                         unsigned long node_end_pfn,
5233                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5234                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5235 {
5236         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5237         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5238                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5239                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5240                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5241                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5242                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5243
5244                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5245                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5246                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5247         }
5248 }
5249
5250 /*
5251  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5252  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5253  */
5254 static unsigned long __meminit zone_spanned_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 *zone_start_pfn,
5259                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5260                                         unsigned long *ignored)
5261 {
5262         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5263         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5264                 return 0;
5265
5266         /* Get the start and end of the zone */
5267         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5268         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5269         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5270                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5271                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5272
5273         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5274         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5275                 return 0;
5276
5277         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5278         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5279         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5280
5281         /* Return the spanned pages */
5282         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5283 }
5284
5285 /*
5286  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5287  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5288  */
5289 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5290                                 unsigned long range_start_pfn,
5291                                 unsigned long range_end_pfn)
5292 {
5293         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5294         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5295         int i;
5296
5297         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5298                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5299                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5300                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5301         }
5302         return nr_absent;
5303 }
5304
5305 /**
5306  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5307  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5308  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5309  *
5310  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5311  */
5312 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5313                                                         unsigned long end_pfn)
5314 {
5315         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5316 }
5317
5318 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5319 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5320                                         unsigned long zone_type,
5321                                         unsigned long node_start_pfn,
5322                                         unsigned long node_end_pfn,
5323                                         unsigned long *ignored)
5324 {
5325         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5326         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5327         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5328         unsigned long nr_absent;
5329
5330         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5331         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5332                 return 0;
5333
5334         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5335         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5336
5337         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5338                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5339                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5340         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5341
5342         /*
5343          * ZONE_MOVABLE handling.
5344          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5345          * and vice versa.
5346          */
5347         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5348                 if (mirrored_kernelcore) {
5349                         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5350                         struct memblock_region *r;
5351
5352                         for_each_memblock(memory, r) {
5353                                 start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5354                                                   zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5355                                 end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5356                                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5357
5358                                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5359                                     memblock_is_mirror(r))
5360                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5361
5362                                 if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5363                                     !memblock_is_mirror(r))
5364                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5365                         }
5366                 } else {
5367                         if (zone_type == ZONE_NORMAL)
5368                                 nr_absent += node_end_pfn - zone_movable_pfn[nid];
5369                 }
5370         }
5371
5372         return nr_absent;
5373 }
5374
5375 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5376 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5377                                         unsigned long zone_type,
5378                                         unsigned long node_start_pfn,
5379                                         unsigned long node_end_pfn,
5380                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5381                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5382                                         unsigned long *zones_size)
5383 {
5384         unsigned int zone;
5385
5386         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5387         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5388                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5389
5390         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5391
5392         return zones_size[zone_type];
5393 }
5394
5395 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5396                                                 unsigned long zone_type,
5397                                                 unsigned long node_start_pfn,
5398                                                 unsigned long node_end_pfn,
5399                                                 unsigned long *zholes_size)
5400 {
5401         if (!zholes_size)
5402                 return 0;
5403
5404         return zholes_size[zone_type];
5405 }
5406
5407 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5408
5409 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5410                                                 unsigned long node_start_pfn,
5411                                                 unsigned long node_end_pfn,
5412                                                 unsigned long *zones_size,
5413                                                 unsigned long *zholes_size)
5414 {
5415         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5416         enum zone_type i;
5417
5418         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5419                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5420                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5421                 unsigned long size, real_size;
5422
5423                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5424                                                   node_start_pfn,
5425                                                   node_end_pfn,
5426                                                   &zone_start_pfn,
5427                                                   &zone_end_pfn,
5428                                                   zones_size);
5429                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5430                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5431                                                   zholes_size);
5432                 if (size)
5433                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5434                 else
5435                         zone->zone_start_pfn = 0;
5436                 zone->spanned_pages = size;
5437                 zone->present_pages = real_size;
5438
5439                 totalpages += size;
5440                 realtotalpages += real_size;
5441         }
5442
5443         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5444         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5445         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5446                                                         realtotalpages);
5447 }
5448
5449 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5450 /*
5451  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5452  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5453  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5454  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5455  * bytes.
5456  */
5457 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5458 {
5459         unsigned long usemapsize;
5460
5461         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5462         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5463         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5464         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5465         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5466
5467         return usemapsize / 8;
5468 }
5469
5470 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5471                                 struct zone *zone,
5472                                 unsigned long zone_start_pfn,
5473                                 unsigned long zonesize)
5474 {
5475         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5476         zone->pageblock_flags = NULL;
5477         if (usemapsize)
5478                 zone->pageblock_flags =
5479                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5480                                                          pgdat->node_id);
5481 }
5482 #else
5483 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5484                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5485 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5486
5487 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5488
5489 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5490 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5491 {
5492         unsigned int order;
5493
5494         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5495         if (pageblock_order)
5496                 return;
5497
5498         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5499                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5500         else
5501                 order = MAX_ORDER - 1;
5502
5503         /*
5504          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5505          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5506          * powerpc.
5507          */
5508         pageblock_order = order;
5509 }
5510 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5511
5512 /*
5513  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5514  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5515  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5516  * the kernel config
5517  */
5518 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5519 {
5520 }
5521
5522 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5523
5524 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5525                                                    unsigned long present_pages)
5526 {
5527         unsigned long pages = spanned_pages;
5528
5529         /*
5530          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5531          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5532          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5533          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5534          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5535          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5536          */
5537         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5538             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5539                 pages = present_pages;
5540
5541         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5542 }
5543
5544 /*
5545  * Set up the zone data structures:
5546  *   - mark all pages reserved
5547  *   - mark all memory queues empty
5548  *   - clear the memory bitmaps
5549  *
5550  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5551  */
5552 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5553 {
5554         enum zone_type j;
5555         int nid = pgdat->node_id;
5556         int ret;
5557
5558         pgdat_resize_init(pgdat);
5559 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5560         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5561         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5562         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5563 #endif
5564 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5565         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5566         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5567         pgdat->split_queue_len = 0;
5568 #endif
5569         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5570         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5571 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5572         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5573 #endif
5574         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5575
5576         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5577                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5578                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5579                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5580
5581                 size = zone->spanned_pages;
5582                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5583
5584                 /*
5585                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5586                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5587                  * and per-cpu initialisations
5588                  */
5589                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5590                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5591                         if (freesize >= memmap_pages) {
5592                                 freesize -= memmap_pages;
5593                                 if (memmap_pages)
5594                                         printk(KERN_DEBUG
5595                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5596                                                zone_names[j], memmap_pages);
5597                         } else
5598                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5599                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5600                 }
5601
5602                 /* Account for reserved pages */
5603                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5604                         freesize -= dma_reserve;
5605                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5606                                         zone_names[0], dma_reserve);
5607                 }
5608
5609                 if (!is_highmem_idx(j))
5610                         nr_kernel_pages += freesize;
5611                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5612                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5613                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5614                 nr_all_pages += freesize;
5615
5616                 /*
5617                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5618                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5619                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5620                  */
5621                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5622 #ifdef CONFIG_NUMA
5623                 zone->node = nid;
5624                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5625                                                 / 100;
5626                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5627 #endif
5628                 zone->name = zone_names[j];
5629                 spin_lock_init(&zone->lock);
5630                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5631                 zone_seqlock_init(zone);
5632                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5633                 zone_pcp_init(zone);
5634
5635                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5636                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5637
5638                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5639                 if (!size)
5640                         continue;
5641
5642                 set_pageblock_order();
5643                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5644                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5645                 BUG_ON(ret);
5646                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5647         }
5648 }
5649
5650 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5651 {
5652         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5653         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5654
5655         /* Skip empty nodes */
5656         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5657                 return;
5658
5659 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5660         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5661         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5662         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5663         if (!pgdat->node_mem_map) {
5664                 unsigned long size, end;
5665                 struct page *map;
5666
5667                 /*
5668                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5669                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5670                  * for the buddy allocator to function correctly.
5671                  */
5672                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5673                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5674                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5675                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5676                 if (!map)
5677                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5678                                                                pgdat->node_id);
5679                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5680         }
5681 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5682         /*
5683          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5684          */
5685         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5686                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5687 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5688                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5689                         mem_map -= offset;
5690 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5691         }
5692 #endif
5693 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5694 }
5695
5696 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5697                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5698 {
5699         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5700         unsigned long start_pfn = 0;
5701         unsigned long end_pfn = 0;
5702
5703         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5704         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5705
5706         reset_deferred_meminit(pgdat);
5707         pgdat->node_id = nid;
5708         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5709 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5710         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5711         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5712                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5713                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5714 #else
5715         start_pfn = node_start_pfn;
5716 #endif
5717         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5718                                   zones_size, zholes_size);
5719
5720         alloc_node_mem_map(pgdat);
5721 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5722         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5723                 nid, (unsigned long)pgdat,
5724                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5725 #endif
5726
5727         free_area_init_core(pgdat);
5728 }
5729
5730 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5731
5732 #if MAX_NUMNODES > 1
5733 /*
5734  * Figure out the number of possible node ids.
5735  */
5736 void __init setup_nr_node_ids(void)
5737 {
5738         unsigned int highest;
5739
5740         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5741         nr_node_ids = highest + 1;
5742 }
5743 #endif
5744
5745 /**
5746  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5747  *
5748  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5749  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5750  * all the nodes.
5751  *
5752  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5753  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5754  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5755  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5756  *
5757  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5758  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5759  * populated node map.
5760  *
5761  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5762  * requirement (single node).
5763  */
5764 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5765 {
5766         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5767         unsigned long start, end, mask;
5768         int last_nid = -1;
5769         int i, nid;
5770
5771         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5772                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5773                         last_nid = nid;
5774                         last_end = end;
5775                         continue;
5776                 }
5777
5778                 /*
5779                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5780                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5781                  * too coarse to separate the current node from the last.
5782                  */
5783                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5784                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5785                         mask <<= 1;
5786
5787                 /* accumulate all internode masks */
5788                 accl_mask |= mask;
5789         }
5790
5791         /* convert mask to number of pages */
5792         return ~accl_mask + 1;
5793 }
5794
5795 /* Find the lowest pfn for a node */
5796 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5797 {
5798         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5799         unsigned long start_pfn;
5800         int i;
5801
5802         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5803                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5804
5805         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5806                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5807                 return 0;
5808         }
5809
5810         return min_pfn;
5811 }
5812
5813 /**
5814  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5815  *
5816  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5817  * memblock_set_node().
5818  */
5819 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5820 {
5821         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5822 }
5823
5824 /*
5825  * early_calculate_totalpages()
5826  * Sum pages in active regions for movable zone.
5827  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5828  */
5829 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5830 {
5831         unsigned long totalpages = 0;
5832         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5833         int i, nid;
5834
5835         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5836                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5837
5838                 totalpages += pages;
5839                 if (pages)
5840                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5841         }
5842         return totalpages;
5843 }
5844
5845 /*
5846  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5847  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5848  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5849  * others
5850  */
5851 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5852 {
5853         int i, nid;
5854         unsigned long usable_startpfn;
5855         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5856         /* save the state before borrow the nodemask */
5857         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5858         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5859         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5860         struct memblock_region *r;
5861
5862         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5863         find_usable_zone_for_movable();
5864
5865         /*
5866          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5867          * options.
5868          */
5869         if (movable_node_is_enabled()) {
5870                 for_each_memblock(memory, r) {
5871                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5872                                 continue;
5873
5874                         nid = r->nid;
5875
5876                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5877                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5878                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5879                                 usable_startpfn;
5880                 }
5881
5882                 goto out2;
5883         }
5884
5885         /*
5886          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
5887          */
5888         if (mirrored_kernelcore) {
5889                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
5890
5891                 for_each_memblock(memory, r) {
5892                         if (memblock_is_mirror(r))
5893                                 continue;
5894
5895                         nid = r->nid;
5896
5897                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
5898
5899                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
5900                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
5901                                 continue;
5902                         }
5903
5904                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5905                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5906                                 usable_startpfn;
5907                 }
5908
5909                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
5910                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
5911
5912                 goto out2;
5913         }
5914
5915         /*
5916          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5917          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5918          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5919          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5920          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5921          * what movablecore would have allowed.
5922          */
5923         if (required_movablecore) {
5924                 unsigned long corepages;
5925
5926                 /*
5927                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5928                  * was requested by the user
5929                  */
5930                 required_movablecore =
5931                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5932                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
5933                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5934
5935                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5936         }
5937
5938         /*
5939          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
5940          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
5941          */
5942         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
5943                 goto out;
5944
5945         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5946         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5947
5948 restart:
5949         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5950         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5951         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5952                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5953
5954                 /*
5955                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5956                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5957                  * amount of memory for the kernel
5958                  */
5959                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5960                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5961
5962                 /*
5963                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5964                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5965                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5966                  */
5967                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5968
5969                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5970                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5971                         unsigned long size_pages;
5972
5973                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5974                         if (start_pfn >= end_pfn)
5975                                 continue;
5976
5977                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5978                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5979                                 unsigned long kernel_pages;
5980                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5981                                                                 - start_pfn;
5982
5983                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5984                                                         kernelcore_remaining);
5985                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5986                                                         required_kernelcore);
5987
5988                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5989                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5990
5991                                         /*
5992                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5993                                          * that if we have to rebalance
5994                                          * kernelcore across nodes, we will
5995                                          * not double account here
5996                                          */
5997                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5998                                         continue;
5999                                 }
6000                                 start_pfn = usable_startpfn;
6001                         }
6002
6003                         /*
6004                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6005                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6006                          * number of pages used as kernelcore
6007                          */
6008                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6009                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6010                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6011                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6012
6013                         /*
6014                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6015                          * break if the kernelcore for this node has been
6016                          * satisfied
6017                          */
6018                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6019                                                                 size_pages);
6020                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6021                         if (!kernelcore_remaining)
6022                                 break;
6023                 }
6024         }
6025
6026         /*
6027          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6028          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6029          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6030          * satisfied
6031          */
6032         usable_nodes--;
6033         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6034                 goto restart;
6035
6036 out2:
6037         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6038         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6039                 zone_movable_pfn[nid] =
6040                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6041
6042 out:
6043         /* restore the node_state */
6044         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6045 }
6046
6047 /* Any regular or high memory on that node ? */
6048 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6049 {
6050         enum zone_type zone_type;
6051
6052         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6053                 return;
6054
6055         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6056                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6057                 if (populated_zone(zone)) {
6058                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6059                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6060                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6061                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6062                         break;
6063                 }
6064         }
6065 }
6066
6067 /**
6068  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6069  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6070  *
6071  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6072  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6073  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6074  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6075  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6076  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6077  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6078  * at arch_max_dma_pfn.
6079  */
6080 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6081 {
6082         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6083         int i, nid;
6084
6085         /* Record where the zone boundaries are */
6086         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6087                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6088         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6089                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6090         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
6091         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
6092         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6093                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6094                         continue;
6095                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
6096                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
6097                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
6098                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
6099         }
6100         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6101         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6102
6103         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6104         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6105         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6106
6107         /* Print out the zone ranges */
6108         pr_info("Zone ranges:\n");
6109         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6110                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6111                         continue;
6112                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6113                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6114                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6115                         pr_cont("empty\n");
6116                 else
6117                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6118                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6119                                         << PAGE_SHIFT,
6120                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6121                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6122         }
6123
6124         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6125         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6126         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6127                 if (zone_movable_pfn[i])
6128                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6129                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6130         }
6131
6132         /* Print out the early node map */
6133         pr_info("Early memory node ranges\n");
6134         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6135                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6136                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6137                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6138
6139         /* Initialise every node */
6140         mminit_verify_pageflags_layout();
6141         setup_nr_node_ids();
6142         for_each_online_node(nid) {
6143                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6144                 free_area_init_node(nid, NULL,
6145                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6146
6147                 /* Any memory on that node */
6148                 if (pgdat->node_present_pages)
6149                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6150                 check_for_memory(pgdat, nid);
6151         }
6152 }
6153
6154 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6155 {
6156         unsigned long long coremem;
6157         if (!p)
6158                 return -EINVAL;
6159
6160         coremem = memparse(p, &p);
6161         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6162
6163         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6164         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6165
6166         return 0;
6167 }
6168
6169 /*
6170  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6171  * cannot be reclaimed or migrated.
6172  */
6173 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6174 {
6175         /* parse kernelcore=mirror */
6176         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6177                 mirrored_kernelcore = true;
6178                 return 0;
6179         }
6180
6181         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6182 }
6183
6184 /*
6185  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6186  * can be reclaimed or migrated.
6187  */
6188 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6189 {
6190         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6191 }
6192
6193 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6194 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6195
6196 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6197
6198 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6199 {
6200         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6201         page_zone(page)->managed_pages += count;
6202         totalram_pages += count;
6203 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6204         if (PageHighMem(page))
6205                 totalhigh_pages += count;
6206 #endif
6207         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6208 }
6209 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6210
6211 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6212 {
6213         void *pos;
6214         unsigned long pages = 0;
6215
6216         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6217         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6218         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6219                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6220                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6221                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6222         }
6223
6224         if (pages && s)
6225                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6226                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6227
6228         return pages;
6229 }
6230 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6231
6232 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6233 void free_highmem_page(struct page *page)
6234 {
6235         __free_reserved_page(page);
6236         totalram_pages++;
6237         page_zone(page)->managed_pages++;
6238         totalhigh_pages++;
6239 }
6240 #endif
6241
6242
6243 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6244 {
6245         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6246         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6247
6248         physpages = get_num_physpages();
6249         codesize = _etext - _stext;
6250         datasize = _edata - _sdata;
6251         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6252         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6253         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6254         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6255
6256         /*
6257          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6258          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6259          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6260          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6261          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6262          */
6263 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6264         do { \
6265                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6266                         size -= adj; \
6267         } while (0)
6268
6269         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6270                      _sinittext, init_code_size);
6271         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6272         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6273         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6274         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6275
6276 #undef  adj_init_size
6277
6278         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6279 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6280                 ", %luK highmem"
6281 #endif
6282                 "%s%s)\n",
6283                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6284                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6285                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6286                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6287                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6288                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6289 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6290                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6291 #endif
6292                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6293 }
6294
6295 /**
6296  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6297  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6298  *
6299  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6300  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6301  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6302  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6303  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6304  * smaller per-cpu batchsize.
6305  */
6306 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6307 {
6308         dma_reserve = new_dma_reserve;
6309 }
6310
6311 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6312 {
6313         free_area_init_node(0, zones_size,
6314                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6315 }
6316
6317 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6318                                  unsigned long action, void *hcpu)
6319 {
6320         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6321
6322         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6323                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6324                 drain_pages(cpu);
6325
6326                 /*
6327                  * Spill the event counters of the dead processor
6328                  * into the current processors event counters.
6329                  * This artificially elevates the count of the current
6330                  * processor.
6331                  */
6332                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6333
6334                 /*
6335                  * Zero the differential counters of the dead processor
6336                  * so that the vm statistics are consistent.
6337                  *
6338                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6339                  * race with what we are doing.
6340                  */
6341                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6342         }
6343         return NOTIFY_OK;
6344 }
6345
6346 void __init page_alloc_init(void)
6347 {
6348         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6349 }
6350
6351 /*
6352  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6353  *      or min_free_kbytes changes.
6354  */
6355 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6356 {
6357         struct pglist_data *pgdat;
6358         unsigned long reserve_pages = 0;
6359         enum zone_type i, j;
6360
6361         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6362                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6363                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6364                         long max = 0;
6365
6366                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6367                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6368                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6369                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6370                         }
6371
6372                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6373                         max += high_wmark_pages(zone);
6374
6375                         if (max > zone->managed_pages)
6376                                 max = zone->managed_pages;
6377
6378                         zone->totalreserve_pages = max;
6379
6380                         reserve_pages += max;
6381                 }
6382         }
6383         totalreserve_pages = reserve_pages;
6384 }
6385
6386 /*
6387  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6388  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6389  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6390  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6391  */
6392 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6393 {
6394         struct pglist_data *pgdat;
6395         enum zone_type j, idx;
6396
6397         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6398                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6399                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6400                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6401
6402                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6403
6404                         idx = j;
6405                         while (idx) {
6406                                 struct zone *lower_zone;
6407
6408                                 idx--;
6409
6410                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6411                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6412
6413                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6414                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6415                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6416                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6417                         }
6418                 }
6419         }
6420
6421         /* update totalreserve_pages */
6422         calculate_totalreserve_pages();
6423 }
6424
6425 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6426 {
6427         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6428         unsigned long lowmem_pages = 0;
6429         struct zone *zone;
6430         unsigned long flags;
6431
6432         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6433         for_each_zone(zone) {
6434                 if (!is_highmem(zone))
6435                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6436         }
6437
6438         for_each_zone(zone) {
6439                 u64 tmp;
6440
6441                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6442                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6443                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6444                 if (is_highmem(zone)) {
6445                         /*
6446                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6447                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6448                          * value here.
6449                          *
6450                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6451                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6452                          * not be capped for highmem.
6453                          */
6454                         unsigned long min_pages;
6455
6456                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6457                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6458                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6459                 } else {
6460                         /*
6461                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6462                          * proportionate to the zone's size.
6463                          */
6464                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6465                 }
6466
6467                 /*
6468                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6469                  * scale factor in proportion to available memory, but
6470                  * ensure a minimum size on small systems.
6471                  */
6472                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6473                             mult_frac(zone->managed_pages,
6474                                       watermark_scale_factor, 10000));
6475
6476                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6477                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6478
6479                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6480                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6481                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6482
6483                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6484         }
6485
6486         /* update totalreserve_pages */
6487         calculate_totalreserve_pages();
6488 }
6489
6490 /**
6491  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6492  * or when memory is hot-{added|removed}
6493  *
6494  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6495  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6496  */
6497 void setup_per_zone_wmarks(void)
6498 {
6499         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6500         __setup_per_zone_wmarks();
6501         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6502 }
6503
6504 /*
6505  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6506  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6507  * to be referenced again before it is swapped out.
6508  *
6509  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6510  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6511  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6512  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6513  *
6514  * total     target    max
6515  * memory    ratio     inactive anon
6516  * -------------------------------------
6517  *   10MB       1         5MB
6518  *  100MB       1        50MB
6519  *    1GB       3       250MB
6520  *   10GB      10       0.9GB
6521  *  100GB      31         3GB
6522  *    1TB     101        10GB
6523  *   10TB     320        32GB
6524  */
6525 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6526 {
6527         unsigned int gb, ratio;
6528
6529         /* Zone size in gigabytes */
6530         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6531         if (gb)
6532                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6533         else
6534                 ratio = 1;
6535
6536         zone->inactive_ratio = ratio;
6537 }
6538
6539 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6540 {
6541         struct zone *zone;
6542
6543         for_each_zone(zone)
6544                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6545 }
6546
6547 /*
6548  * Initialise min_free_kbytes.
6549  *
6550  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6551  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6552  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6553  *
6554  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6555  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6556  *
6557  * which yields
6558  *
6559  * 16MB:        512k
6560  * 32MB:        724k
6561  * 64MB:        1024k
6562  * 128MB:       1448k
6563  * 256MB:       2048k
6564  * 512MB:       2896k
6565  * 1024MB:      4096k
6566  * 2048MB:      5792k
6567  * 4096MB:      8192k
6568  * 8192MB:      11584k
6569  * 16384MB:     16384k
6570  */
6571 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6572 {
6573         unsigned long lowmem_kbytes;
6574         int new_min_free_kbytes;
6575
6576         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6577         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6578
6579         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6580                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6581                 if (min_free_kbytes < 128)
6582                         min_free_kbytes = 128;
6583                 if (min_free_kbytes > 65536)
6584                         min_free_kbytes = 65536;
6585         } else {
6586                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6587                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6588         }
6589         setup_per_zone_wmarks();
6590         refresh_zone_stat_thresholds();
6591         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6592         setup_per_zone_inactive_ratio();
6593         return 0;
6594 }
6595 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6596
6597 /*
6598  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6599  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6600  *      changes.
6601  */
6602 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6603         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6604 {
6605         int rc;
6606
6607         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6608         if (rc)
6609                 return rc;
6610
6611         if (write) {
6612                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6613                 setup_per_zone_wmarks();
6614         }
6615         return 0;
6616 }
6617
6618 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6619         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6620 {
6621         int rc;
6622
6623         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6624         if (rc)
6625                 return rc;
6626
6627         if (write)
6628                 setup_per_zone_wmarks();
6629
6630         return 0;
6631 }
6632
6633 #ifdef CONFIG_NUMA
6634 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6635         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6636 {
6637         struct zone *zone;
6638         int rc;
6639
6640         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6641         if (rc)
6642                 return rc;
6643
6644         for_each_zone(zone)
6645                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6646                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6647         return 0;
6648 }
6649
6650 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6651         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6652 {
6653         struct zone *zone;
6654         int rc;
6655
6656         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6657         if (rc)
6658                 return rc;
6659
6660         for_each_zone(zone)
6661                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6662                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6663         return 0;
6664 }
6665 #endif
6666
6667 /*
6668  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6669  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6670  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6671  *
6672  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6673  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6674  * if in function of the boot time zone sizes.
6675  */
6676 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6677         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6678 {
6679         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6680         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6681         return 0;
6682 }
6683
6684 /*
6685  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6686  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6687  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6688  */
6689 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6690         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6691 {
6692         struct zone *zone;
6693         int old_percpu_pagelist_fraction;
6694         int ret;
6695
6696         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6697         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6698
6699         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6700         if (!write || ret < 0)
6701                 goto out;
6702
6703         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6704         if (percpu_pagelist_fraction &&
6705             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6706                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6707                 ret = -EINVAL;
6708                 goto out;
6709         }
6710
6711         /* No change? */
6712         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6713                 goto out;
6714
6715         for_each_populated_zone(zone) {
6716                 unsigned int cpu;
6717
6718                 for_each_possible_cpu(cpu)
6719                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6720                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6721         }
6722 out:
6723         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6724         return ret;
6725 }
6726
6727 #ifdef CONFIG_NUMA
6728 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6729
6730 static int __init set_hashdist(char *str)
6731 {
6732         if (!str)
6733                 return 0;
6734         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6735         return 1;
6736 }
6737 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6738 #endif
6739
6740 /*
6741  * allocate a large system hash table from bootmem
6742  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6743  *   quantity of entries
6744  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6745  */
6746 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6747                                      unsigned long bucketsize,
6748                                      unsigned long numentries,
6749                                      int scale,
6750                                      int flags,
6751                                      unsigned int *_hash_shift,
6752                                      unsigned int *_hash_mask,
6753                                      unsigned long low_limit,
6754                                      unsigned long high_limit)
6755 {
6756         unsigned long long max = high_limit;
6757         unsigned long log2qty, size;
6758         void *table = NULL;
6759
6760         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6761         if (!numentries) {
6762                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6763                 numentries = nr_kernel_pages;
6764
6765                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6766                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6767                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6768
6769                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6770                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6771                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6772                 else
6773                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6774
6775                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6776                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6777                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6778                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6779                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6780                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6781                                 BUG_ON(!numentries);
6782                         }
6783                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6784                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6785         }
6786         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6787
6788         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6789         if (max == 0) {
6790                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6791                 do_div(max, bucketsize);
6792         }
6793         max = min(max, 0x80000000ULL);
6794
6795         if (numentries < low_limit)
6796                 numentries = low_limit;
6797         if (numentries > max)
6798                 numentries = max;
6799
6800         log2qty = ilog2(numentries);
6801
6802         do {
6803                 size = bucketsize << log2qty;
6804                 if (flags & HASH_EARLY)
6805                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6806                 else if (hashdist)
6807                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6808                 else {
6809                         /*
6810                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6811                          * some pages at the end of hash table which
6812                          * alloc_pages_exact() automatically does
6813                          */
6814                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6815                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6816                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6817                         }
6818                 }
6819         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6820
6821         if (!table)
6822                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6823
6824         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6825                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
6826
6827         if (_hash_shift)
6828                 *_hash_shift = log2qty;
6829         if (_hash_mask)
6830                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6831
6832         return table;
6833 }
6834
6835 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6836 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
6837                                                         unsigned long pfn)
6838 {
6839 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6840         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6841 #else
6842         return page_zone(page)->pageblock_flags;
6843 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6844 }
6845
6846 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
6847 {
6848 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6849         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6850         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6851 #else
6852         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6853         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6854 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6855 }
6856
6857 /**
6858  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6859  * @page: The page within the block of interest
6860  * @pfn: The target page frame number
6861  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6862  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6863  *
6864  * Return: pageblock_bits flags
6865  */
6866 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6867                                         unsigned long end_bitidx,
6868                                         unsigned long mask)
6869 {
6870         unsigned long *bitmap;
6871         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6872         unsigned long word;
6873
6874         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
6875         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
6876         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6877         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6878
6879         word = bitmap[word_bitidx];
6880         bitidx += end_bitidx;
6881         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6882 }
6883
6884 /**
6885  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6886  * @page: The page within the block of interest
6887  * @flags: The flags to set
6888  * @pfn: The target page frame number
6889  * @end_bitidx: The last bit of interest
6890  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6891  */
6892 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6893                                         unsigned long pfn,
6894                                         unsigned long end_bitidx,
6895                                         unsigned long mask)
6896 {
6897         unsigned long *bitmap;
6898         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6899         unsigned long old_word, word;
6900
6901         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6902
6903         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
6904         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
6905         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6906         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6907
6908         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
6909
6910         bitidx += end_bitidx;
6911         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6912         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6913
6914         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6915         for (;;) {
6916                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6917                 if (word == old_word)
6918                         break;
6919                 word = old_word;
6920         }
6921 }
6922
6923 /*
6924  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6925  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6926  *
6927  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6928  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6929  * expect this function should be exact.
6930  */
6931 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6932                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6933 {
6934         unsigned long pfn, iter, found;
6935         int mt;
6936
6937         /*
6938          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6939          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6940          */
6941         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6942                 return false;
6943         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6944         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6945                 return false;
6946
6947         pfn = page_to_pfn(page);
6948         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6949                 unsigned long check = pfn + iter;
6950
6951                 if (!pfn_valid_within(check))
6952                         continue;
6953
6954                 page = pfn_to_page(check);
6955
6956                 /*
6957                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6958                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6959                  * handle each tail page individually in migration.
6960                  */
6961                 if (PageHuge(page)) {
6962                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6963                         continue;
6964                 }
6965
6966                 /*
6967                  * We can't use page_count without pin a page
6968                  * because another CPU can free compound page.
6969                  * This check already skips compound tails of THP
6970                  * because their page->_refcount is zero at all time.
6971                  */
6972                 if (!page_ref_count(page)) {
6973                         if (PageBuddy(page))
6974                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6975                         continue;
6976                 }
6977
6978                 /*
6979                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6980                  * page_count() is not 0.
6981                  */
6982                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6983                         continue;
6984
6985                 if (!PageLRU(page))
6986                         found++;
6987                 /*
6988                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6989                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6990                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6991                  */
6992                 /*
6993                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6994                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6995                  *
6996                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6997                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6998                  * page at boot.
6999                  */
7000                 if (found > count)
7001                         return true;
7002         }
7003         return false;
7004 }
7005
7006 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7007 {
7008         struct zone *zone;
7009         unsigned long pfn;
7010
7011         /*
7012          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7013          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7014          * the zone but still within the section.
7015          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7016          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7017          */
7018         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7019                 return false;
7020
7021         zone = page_zone(page);
7022         pfn = page_to_pfn(page);
7023         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7024                 return false;
7025
7026         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7027 }
7028
7029 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7030
7031 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7032 {
7033         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7034                              pageblock_nr_pages) - 1);
7035 }
7036
7037 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7038 {
7039         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7040                                 pageblock_nr_pages));
7041 }
7042
7043 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7044 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7045                                         unsigned long start, unsigned long end)
7046 {
7047         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7048         unsigned long nr_reclaimed;
7049         unsigned long pfn = start;
7050         unsigned int tries = 0;
7051         int ret = 0;
7052
7053         migrate_prep();
7054
7055         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7056                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7057                         ret = -EINTR;
7058                         break;
7059                 }
7060
7061                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7062                         cc->nr_migratepages = 0;
7063                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7064                         if (!pfn) {
7065                                 ret = -EINTR;
7066                                 break;
7067                         }
7068                         tries = 0;
7069                 } else if (++tries == 5) {
7070                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7071                         break;
7072                 }
7073
7074                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7075                                                         &cc->migratepages);
7076                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7077
7078                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7079                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7080         }
7081         if (ret < 0) {
7082                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7083                 return ret;
7084         }
7085         return 0;
7086 }
7087
7088 /**
7089  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7090  * @start:      start PFN to allocate
7091  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7092  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7093  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7094  *                      in range must have the same migratetype and it must
7095  *                      be either of the two.
7096  *
7097  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7098  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7099  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7100  * pages fall in.
7101  *
7102  * The PFN range must belong to a single zone.
7103  *
7104  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7105  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7106  * need to be freed with free_contig_range().
7107  */
7108 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7109                        unsigned migratetype)
7110 {
7111         unsigned long outer_start, outer_end;
7112         unsigned int order;
7113         int ret = 0;
7114
7115         struct compact_control cc = {
7116                 .nr_migratepages = 0,
7117                 .order = -1,
7118                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7119                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7120                 .ignore_skip_hint = true,
7121         };
7122         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7123
7124         /*
7125          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7126          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7127          * have different sizes, and due to the way page allocator
7128          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7129          * that page allocator won't try to merge buddies from
7130          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7131          * other migration type.
7132          *
7133          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7134          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7135          * we are interested in).  This will put all the pages in
7136          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7137          *
7138          * When this is done, we take the pages in range from page
7139          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7140          * page allocator will never consider using them.
7141          *
7142          * This lets us mark the pageblocks back as
7143          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7144          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7145          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7146          */
7147
7148         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7149                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7150                                        false);
7151         if (ret)
7152                 return ret;
7153
7154         /*
7155          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7156          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7157          */
7158         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7159         if (ret && ret != -EBUSY)
7160                 goto done;
7161
7162         /*
7163          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7164          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7165          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7166          * What we are going to do is to allocate all pages from
7167          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7168          *
7169          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7170          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7171          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7172          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7173          * once this is done free the pages we are not interested in.
7174          *
7175          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7176          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7177          */
7178
7179         lru_add_drain_all();
7180         drain_all_pages(cc.zone);
7181
7182         order = 0;
7183         outer_start = start;
7184         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7185                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7186                         outer_start = start;
7187                         break;
7188                 }
7189                 outer_start &= ~0UL << order;
7190         }
7191
7192         if (outer_start != start) {
7193                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7194
7195                 /*
7196                  * outer_start page could be small order buddy page and
7197                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7198                  * in this case to report failed page properly
7199                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7200                  */
7201                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7202                         outer_start = start;
7203         }
7204
7205         /* Make sure the range is really isolated. */
7206         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7207                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7208                         __func__, outer_start, end);
7209                 ret = -EBUSY;
7210                 goto done;
7211         }
7212
7213         /* Grab isolated pages from freelists. */
7214         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7215         if (!outer_end) {
7216                 ret = -EBUSY;
7217                 goto done;
7218         }
7219
7220         /* Free head and tail (if any) */
7221         if (start != outer_start)
7222                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7223         if (end != outer_end)
7224                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7225
7226 done:
7227         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7228                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7229         return ret;
7230 }
7231
7232 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7233 {
7234         unsigned int count = 0;
7235
7236         for (; nr_pages--; pfn++) {
7237                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7238
7239                 count += page_count(page) != 1;
7240                 __free_page(page);
7241         }
7242         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7243 }
7244 #endif
7245
7246 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7247 /*
7248  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7249  * page high values need to be recalulated.
7250  */
7251 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7252 {
7253         unsigned cpu;
7254         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7255         for_each_possible_cpu(cpu)
7256                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7257                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7258         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7259 }
7260 #endif
7261
7262 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7263 {
7264         unsigned long flags;
7265         int cpu;
7266         struct per_cpu_pageset *pset;
7267
7268         /* avoid races with drain_pages()  */
7269         local_irq_save(flags);
7270         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7271                 for_each_online_cpu(cpu) {
7272                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7273                         drain_zonestat(zone, pset);
7274                 }
7275                 free_percpu(zone->pageset);
7276                 zone->pageset = &boot_pageset;
7277         }
7278         local_irq_restore(flags);
7279 }
7280
7281 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7282 /*
7283  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7284  * before calling this.
7285  */
7286 void
7287 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7288 {
7289         struct page *page;
7290         struct zone *zone;
7291         unsigned int order, i;
7292         unsigned long pfn;
7293         unsigned long flags;
7294         /* find the first valid pfn */
7295         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7296                 if (pfn_valid(pfn))
7297                         break;
7298         if (pfn == end_pfn)
7299                 return;
7300         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7301         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7302         pfn = start_pfn;
7303         while (pfn < end_pfn) {
7304                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7305                         pfn++;
7306                         continue;
7307                 }
7308                 page = pfn_to_page(pfn);
7309                 /*
7310                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7311                  * page_count() is not 0.
7312                  */
7313                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7314                         pfn++;
7315                         SetPageReserved(page);
7316                         continue;
7317                 }
7318
7319                 BUG_ON(page_count(page));
7320                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7321                 order = page_order(page);
7322 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7323                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7324                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7325 #endif
7326                 list_del(&page->lru);
7327                 rmv_page_order(page);
7328                 zone->free_area[order].nr_free--;
7329                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7330                         SetPageReserved((page+i));
7331                 pfn += (1 << order);
7332         }
7333         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7334 }
7335 #endif
7336
7337 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7338 {
7339         struct zone *zone = page_zone(page);
7340         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7341         unsigned long flags;
7342         unsigned int order;
7343
7344         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7345         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7346                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7347
7348                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7349                         break;
7350         }
7351         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7352
7353         return order < MAX_ORDER;
7354 }