]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/blob - mm/page_alloc.c
ARM: dts: imx6ul: add support for Ka-Ro electronics TXUL mainboard
[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
253 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
254 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
255 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
256
257 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
258 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
259 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
260 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
261 static unsigned long __initdata required_movablecore;
262 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
263 static bool mirrored_kernelcore;
264
265 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
266 int movable_zone;
267 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
268 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
269
270 #if MAX_NUMNODES > 1
271 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
272 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
273 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
274 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
275 #endif
276
277 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
278
279 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
280 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
281 {
282         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
283 }
284
285 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
286 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
287 {
288         if (pfn >= NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn))->first_deferred_pfn)
289                 return true;
290
291         return false;
292 }
293
294 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
295 {
296         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
297                 return true;
298
299         return false;
300 }
301
302 /*
303  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
304  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
305  */
306 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
307                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
308                                 unsigned long *nr_initialised)
309 {
310         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
311         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
312                 return true;
313
314         /* Initialise at least 2G of the highest zone */
315         (*nr_initialised)++;
316         if (*nr_initialised > (2UL << (30 - PAGE_SHIFT)) &&
317             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
318                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
319                 return false;
320         }
321
322         return true;
323 }
324 #else
325 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
326 {
327 }
328
329 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
330 {
331         return false;
332 }
333
334 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
335 {
336         return false;
337 }
338
339 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
340                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
341                                 unsigned long *nr_initialised)
342 {
343         return true;
344 }
345 #endif
346
347
348 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
349 {
350         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
351                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
352                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
353
354         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
355                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
356 }
357
358 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
359 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
360 {
361         int ret = 0;
362         unsigned seq;
363         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
364         unsigned long sp, start_pfn;
365
366         do {
367                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
368                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
369                 sp = zone->spanned_pages;
370                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
371                         ret = 1;
372         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
373
374         if (ret)
375                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
376                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
377                         start_pfn, start_pfn + sp);
378
379         return ret;
380 }
381
382 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
383 {
384         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
385                 return 0;
386         if (zone != page_zone(page))
387                 return 0;
388
389         return 1;
390 }
391 /*
392  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
393  */
394 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
395 {
396         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
397                 return 1;
398         if (!page_is_consistent(zone, page))
399                 return 1;
400
401         return 0;
402 }
403 #else
404 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
405 {
406         return 0;
407 }
408 #endif
409
410 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
411                 unsigned long bad_flags)
412 {
413         static unsigned long resume;
414         static unsigned long nr_shown;
415         static unsigned long nr_unshown;
416
417         /* Don't complain about poisoned pages */
418         if (PageHWPoison(page)) {
419                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
420                 return;
421         }
422
423         /*
424          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
425          * or allow a steady drip of one report per second.
426          */
427         if (nr_shown == 60) {
428                 if (time_before(jiffies, resume)) {
429                         nr_unshown++;
430                         goto out;
431                 }
432                 if (nr_unshown) {
433                         pr_alert(
434                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
435                                 nr_unshown);
436                         nr_unshown = 0;
437                 }
438                 nr_shown = 0;
439         }
440         if (nr_shown++ == 0)
441                 resume = jiffies + 60 * HZ;
442
443         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
444                 current->comm, page_to_pfn(page));
445         __dump_page(page, reason);
446         bad_flags &= page->flags;
447         if (bad_flags)
448                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
449                                                 bad_flags, &bad_flags);
450         dump_page_owner(page);
451
452         print_modules();
453         dump_stack();
454 out:
455         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
456         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
457         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
458 }
459
460 /*
461  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
462  *
463  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
464  *
465  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
466  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
467  *
468  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
469  * page destructors. See compound_page_dtors.
470  *
471  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
472  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
473  */
474
475 void free_compound_page(struct page *page)
476 {
477         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
478 }
479
480 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
481 {
482         int i;
483         int nr_pages = 1 << order;
484
485         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
486         set_compound_order(page, order);
487         __SetPageHead(page);
488         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
489                 struct page *p = page + i;
490                 set_page_count(p, 0);
491                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
492                 set_compound_head(p, page);
493         }
494         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
495 }
496
497 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
498 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
499 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
500                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
501 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
502 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
503
504 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
505 {
506         if (!buf)
507                 return -EINVAL;
508
509         if (strcmp(buf, "on") == 0)
510                 _debug_pagealloc_enabled = true;
511
512         if (strcmp(buf, "off") == 0)
513                 _debug_pagealloc_enabled = false;
514
515         return 0;
516 }
517 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
518
519 static bool need_debug_guardpage(void)
520 {
521         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
522         if (!debug_pagealloc_enabled())
523                 return false;
524
525         return true;
526 }
527
528 static void init_debug_guardpage(void)
529 {
530         if (!debug_pagealloc_enabled())
531                 return;
532
533         _debug_guardpage_enabled = true;
534 }
535
536 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
537         .need = need_debug_guardpage,
538         .init = init_debug_guardpage,
539 };
540
541 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
542 {
543         unsigned long res;
544
545         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
546                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
547                 return 0;
548         }
549         _debug_guardpage_minorder = res;
550         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
551         return 0;
552 }
553 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
554
555 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
556                                 unsigned int order, int migratetype)
557 {
558         struct page_ext *page_ext;
559
560         if (!debug_guardpage_enabled())
561                 return;
562
563         page_ext = lookup_page_ext(page);
564         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
565
566         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
567         set_page_private(page, order);
568         /* Guard pages are not available for any usage */
569         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
570 }
571
572 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
573                                 unsigned int order, int migratetype)
574 {
575         struct page_ext *page_ext;
576
577         if (!debug_guardpage_enabled())
578                 return;
579
580         page_ext = lookup_page_ext(page);
581         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
582
583         set_page_private(page, 0);
584         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
585                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
586 }
587 #else
588 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
589 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
590                                 unsigned int order, int migratetype) {}
591 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
592                                 unsigned int order, int migratetype) {}
593 #endif
594
595 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
596 {
597         set_page_private(page, order);
598         __SetPageBuddy(page);
599 }
600
601 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
602 {
603         __ClearPageBuddy(page);
604         set_page_private(page, 0);
605 }
606
607 /*
608  * This function checks whether a page is free && is the buddy
609  * we can do coalesce a page and its buddy if
610  * (a) the buddy is not in a hole &&
611  * (b) the buddy is in the buddy system &&
612  * (c) a page and its buddy have the same order &&
613  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
614  *
615  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
616  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
617  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
618  * serialized by zone->lock.
619  *
620  * For recording page's order, we use page_private(page).
621  */
622 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
623                                                         unsigned int order)
624 {
625         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
626                 return 0;
627
628         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
629                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
630                         return 0;
631
632                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
633
634                 return 1;
635         }
636
637         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
638                 /*
639                  * zone check is done late to avoid uselessly
640                  * calculating zone/node ids for pages that could
641                  * never merge.
642                  */
643                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
644                         return 0;
645
646                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
647
648                 return 1;
649         }
650         return 0;
651 }
652
653 /*
654  * Freeing function for a buddy system allocator.
655  *
656  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
657  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
658  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
659  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
660  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
661  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
662  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
663  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
664  * parts of the VM system.
665  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
666  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
667  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
668  * field.
669  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
670  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
671  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
672  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
673  * triggers coalescing into a block of larger size.
674  *
675  * -- nyc
676  */
677
678 static inline void __free_one_page(struct page *page,
679                 unsigned long pfn,
680                 struct zone *zone, unsigned int order,
681                 int migratetype)
682 {
683         unsigned long page_idx;
684         unsigned long combined_idx;
685         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
686         struct page *buddy;
687         unsigned int max_order = MAX_ORDER;
688
689         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
690         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
691
692         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
693         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
694                 /*
695                  * We restrict max order of merging to prevent merge
696                  * between freepages on isolate pageblock and normal
697                  * pageblock. Without this, pageblock isolation
698                  * could cause incorrect freepage accounting.
699                  */
700                 max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
701         } else {
702                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
703         }
704
705         page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
706
707         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
708         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
709
710         while (order < max_order - 1) {
711                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
712                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
713                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
714                         break;
715                 /*
716                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
717                  * merge with it and move up one order.
718                  */
719                 if (page_is_guard(buddy)) {
720                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
721                 } else {
722                         list_del(&buddy->lru);
723                         zone->free_area[order].nr_free--;
724                         rmv_page_order(buddy);
725                 }
726                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
727                 page = page + (combined_idx - page_idx);
728                 page_idx = combined_idx;
729                 order++;
730         }
731         set_page_order(page, order);
732
733         /*
734          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
735          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
736          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
737          * that is happening, add the free page to the tail of the list
738          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
739          * as a higher order page
740          */
741         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
742                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
743                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
744                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
745                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
746                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
747                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
748                         list_add_tail(&page->lru,
749                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
750                         goto out;
751                 }
752         }
753
754         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
755 out:
756         zone->free_area[order].nr_free++;
757 }
758
759 static inline int free_pages_check(struct page *page)
760 {
761         const char *bad_reason = NULL;
762         unsigned long bad_flags = 0;
763
764         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
765                 bad_reason = "nonzero mapcount";
766         if (unlikely(page->mapping != NULL))
767                 bad_reason = "non-NULL mapping";
768         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
769                 bad_reason = "nonzero _count";
770         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
771                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
772                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
773         }
774 #ifdef CONFIG_MEMCG
775         if (unlikely(page->mem_cgroup))
776                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
777 #endif
778         if (unlikely(bad_reason)) {
779                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
780                 return 1;
781         }
782         page_cpupid_reset_last(page);
783         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
784                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
785         return 0;
786 }
787
788 /*
789  * Frees a number of pages from the PCP lists
790  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
791  * count is the number of pages to free.
792  *
793  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
794  * see if this freeing clears that state.
795  *
796  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
797  * pinned" detection logic.
798  */
799 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
800                                         struct per_cpu_pages *pcp)
801 {
802         int migratetype = 0;
803         int batch_free = 0;
804         int to_free = count;
805         unsigned long nr_scanned;
806
807         spin_lock(&zone->lock);
808         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
809         if (nr_scanned)
810                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
811
812         while (to_free) {
813                 struct page *page;
814                 struct list_head *list;
815
816                 /*
817                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
818                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
819                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
820                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
821                  * lists
822                  */
823                 do {
824                         batch_free++;
825                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
826                                 migratetype = 0;
827                         list = &pcp->lists[migratetype];
828                 } while (list_empty(list));
829
830                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
831                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
832                         batch_free = to_free;
833
834                 do {
835                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
836
837                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
838                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
839                         list_del(&page->lru);
840
841                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
842                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
843                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
844                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
845                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
846                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
847
848                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
849                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
850                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
851         }
852         spin_unlock(&zone->lock);
853 }
854
855 static void free_one_page(struct zone *zone,
856                                 struct page *page, unsigned long pfn,
857                                 unsigned int order,
858                                 int migratetype)
859 {
860         unsigned long nr_scanned;
861         spin_lock(&zone->lock);
862         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
863         if (nr_scanned)
864                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
865
866         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
867                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
868                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
869         }
870         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
871         spin_unlock(&zone->lock);
872 }
873
874 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
875 {
876         int ret = 1;
877
878         /*
879          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
880          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
881          */
882         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
883
884         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
885                 ret = 0;
886                 goto out;
887         }
888         switch (page - head_page) {
889         case 1:
890                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
891                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
892                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
893                         goto out;
894                 }
895                 break;
896         case 2:
897                 /*
898                  * the second tail page: ->mapping is
899                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
900                  */
901                 break;
902         default:
903                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
904                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
905                         goto out;
906                 }
907                 break;
908         }
909         if (unlikely(!PageTail(page))) {
910                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
911                 goto out;
912         }
913         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
914                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
915                 goto out;
916         }
917         ret = 0;
918 out:
919         page->mapping = NULL;
920         clear_compound_head(page);
921         return ret;
922 }
923
924 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
925                                 unsigned long zone, int nid)
926 {
927         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
928         init_page_count(page);
929         page_mapcount_reset(page);
930         page_cpupid_reset_last(page);
931
932         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
933 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
934         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
935         if (!is_highmem_idx(zone))
936                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
937 #endif
938 }
939
940 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
941                                         int nid)
942 {
943         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
944 }
945
946 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
947 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
948 {
949         pg_data_t *pgdat;
950         int nid, zid;
951
952         if (!early_page_uninitialised(pfn))
953                 return;
954
955         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
956         pgdat = NODE_DATA(nid);
957
958         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
959                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
960
961                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
962                         break;
963         }
964         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
965 }
966 #else
967 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
968 {
969 }
970 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
971
972 /*
973  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
974  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
975  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
976  * sent to the buddy page allocator.
977  */
978 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
979 {
980         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
981         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
982
983         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
984                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
985                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
986
987                         init_reserved_page(start_pfn);
988
989                         /* Avoid false-positive PageTail() */
990                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
991
992                         SetPageReserved(page);
993                 }
994         }
995 }
996
997 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
998 {
999         bool compound = PageCompound(page);
1000         int i, bad = 0;
1001
1002         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1003         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1004
1005         trace_mm_page_free(page, order);
1006         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1007         kasan_free_pages(page, order);
1008
1009         if (PageAnon(page))
1010                 page->mapping = NULL;
1011         bad += free_pages_check(page);
1012         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1013                 if (compound)
1014                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1015                 bad += free_pages_check(page + i);
1016         }
1017         if (bad)
1018                 return false;
1019
1020         reset_page_owner(page, order);
1021
1022         if (!PageHighMem(page)) {
1023                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1024                                            PAGE_SIZE << order);
1025                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1026                                            PAGE_SIZE << order);
1027         }
1028         arch_free_page(page, order);
1029         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1030         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1031
1032         return true;
1033 }
1034
1035 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1036 {
1037         unsigned long flags;
1038         int migratetype;
1039         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1040
1041         if (!free_pages_prepare(page, order))
1042                 return;
1043
1044         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1045         local_irq_save(flags);
1046         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1047         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1048         local_irq_restore(flags);
1049 }
1050
1051 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page,
1052                                         unsigned long pfn, unsigned int order)
1053 {
1054         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1055         struct page *p = page;
1056         unsigned int loop;
1057
1058         prefetchw(p);
1059         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1060                 prefetchw(p + 1);
1061                 __ClearPageReserved(p);
1062                 set_page_count(p, 0);
1063         }
1064         __ClearPageReserved(p);
1065         set_page_count(p, 0);
1066
1067         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1068         set_page_refcounted(page);
1069         __free_pages(page, order);
1070 }
1071
1072 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1073         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1074
1075 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1076
1077 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1078 {
1079         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1080         int nid;
1081
1082         spin_lock(&early_pfn_lock);
1083         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1084         if (nid < 0)
1085                 nid = 0;
1086         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1087
1088         return nid;
1089 }
1090 #endif
1091
1092 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1093 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1094                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1095 {
1096         int nid;
1097
1098         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1099         if (nid >= 0 && nid != node)
1100                 return false;
1101         return true;
1102 }
1103
1104 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1105 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1106 {
1107         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1108 }
1109
1110 #else
1111
1112 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1113 {
1114         return true;
1115 }
1116 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1117                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1118 {
1119         return true;
1120 }
1121 #endif
1122
1123
1124 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1125                                                         unsigned int order)
1126 {
1127         if (early_page_uninitialised(pfn))
1128                 return;
1129         return __free_pages_boot_core(page, pfn, order);
1130 }
1131
1132 /*
1133  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1134  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1135  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1136  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1137  * pageblocks.
1138  *
1139  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1140  *
1141  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1142  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1143  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1144  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1145  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1146  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1147  * page in a pageblock.
1148  */
1149 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1150                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1151 {
1152         struct page *start_page;
1153         struct page *end_page;
1154
1155         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1156         end_pfn--;
1157
1158         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1159                 return NULL;
1160
1161         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1162
1163         if (page_zone(start_page) != zone)
1164                 return NULL;
1165
1166         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1167
1168         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1169         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1170                 return NULL;
1171
1172         return start_page;
1173 }
1174
1175 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1176 {
1177         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1178         unsigned long block_end_pfn;
1179
1180         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1181         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1182                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1183                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1184
1185                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1186
1187                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1188                                              block_end_pfn, zone))
1189                         return;
1190         }
1191
1192         /* We confirm that there is no hole */
1193         zone->contiguous = true;
1194 }
1195
1196 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1197 {
1198         zone->contiguous = false;
1199 }
1200
1201 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1202 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1203                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1204 {
1205         int i;
1206
1207         if (!page)
1208                 return;
1209
1210         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1211         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1212             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1213                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1214                 __free_pages_boot_core(page, pfn, MAX_ORDER-1);
1215                 return;
1216         }
1217
1218         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++)
1219                 __free_pages_boot_core(page, pfn, 0);
1220 }
1221
1222 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1223 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1224 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1225
1226 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1227 {
1228         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1229                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1230 }
1231
1232 /* Initialise remaining memory on a node */
1233 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1234 {
1235         pg_data_t *pgdat = data;
1236         int nid = pgdat->node_id;
1237         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1238         unsigned long start = jiffies;
1239         unsigned long nr_pages = 0;
1240         unsigned long walk_start, walk_end;
1241         int i, zid;
1242         struct zone *zone;
1243         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1244         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1245
1246         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1247                 pgdat_init_report_one_done();
1248                 return 0;
1249         }
1250
1251         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1252         if (!cpumask_empty(cpumask))
1253                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1254
1255         /* Sanity check boundaries */
1256         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1257         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1258         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1259
1260         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1261         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1262                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1263                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1264                         break;
1265         }
1266
1267         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1268                 unsigned long pfn, end_pfn;
1269                 struct page *page = NULL;
1270                 struct page *free_base_page = NULL;
1271                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1272                 int nr_to_free = 0;
1273
1274                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1275                 pfn = first_init_pfn;
1276                 if (pfn < walk_start)
1277                         pfn = walk_start;
1278                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1279                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1280
1281                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1282                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1283                                 goto free_range;
1284
1285                         /*
1286                          * Ensure pfn_valid is checked every
1287                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1288                          */
1289                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1290                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1291                                         page = NULL;
1292                                         goto free_range;
1293                                 }
1294                         }
1295
1296                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1297                                 page = NULL;
1298                                 goto free_range;
1299                         }
1300
1301                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1302                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1303                                 page++;
1304                         } else {
1305                                 nr_pages += nr_to_free;
1306                                 deferred_free_range(free_base_page,
1307                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1308                                 free_base_page = NULL;
1309                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1310
1311                                 page = pfn_to_page(pfn);
1312                                 cond_resched();
1313                         }
1314
1315                         if (page->flags) {
1316                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1317                                 goto free_range;
1318                         }
1319
1320                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1321                         if (!free_base_page) {
1322                                 free_base_page = page;
1323                                 free_base_pfn = pfn;
1324                                 nr_to_free = 0;
1325                         }
1326                         nr_to_free++;
1327
1328                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1329                         continue;
1330 free_range:
1331                         /* Free the current block of pages to allocator */
1332                         nr_pages += nr_to_free;
1333                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1334                                                                 nr_to_free);
1335                         free_base_page = NULL;
1336                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1337                 }
1338
1339                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1340         }
1341
1342         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1343         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1344
1345         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1346                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1347
1348         pgdat_init_report_one_done();
1349         return 0;
1350 }
1351 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1352
1353 void __init page_alloc_init_late(void)
1354 {
1355         struct zone *zone;
1356
1357 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1358         int nid;
1359
1360         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1361         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1362         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1363                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1364         }
1365
1366         /* Block until all are initialised */
1367         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1368
1369         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1370         files_maxfiles_init();
1371 #endif
1372
1373         for_each_populated_zone(zone)
1374                 set_zone_contiguous(zone);
1375 }
1376
1377 #ifdef CONFIG_CMA
1378 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1379 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1380 {
1381         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1382         struct page *p = page;
1383
1384         do {
1385                 __ClearPageReserved(p);
1386                 set_page_count(p, 0);
1387         } while (++p, --i);
1388
1389         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1390
1391         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1392                 i = pageblock_nr_pages;
1393                 p = page;
1394                 do {
1395                         set_page_refcounted(p);
1396                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1397                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1398                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1399         } else {
1400                 set_page_refcounted(page);
1401                 __free_pages(page, pageblock_order);
1402         }
1403
1404         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1405 }
1406 #endif
1407
1408 /*
1409  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1410  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1411  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1412  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1413  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1414  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1415  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1416  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1417  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1418  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1419  *
1420  * -- nyc
1421  */
1422 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1423         int low, int high, struct free_area *area,
1424         int migratetype)
1425 {
1426         unsigned long size = 1 << high;
1427
1428         while (high > low) {
1429                 area--;
1430                 high--;
1431                 size >>= 1;
1432                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1433
1434                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1435                         debug_guardpage_enabled() &&
1436                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1437                         /*
1438                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1439                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1440                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1441                          * pages will stay not present in virtual address space
1442                          */
1443                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1444                         continue;
1445                 }
1446                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1447                 area->nr_free++;
1448                 set_page_order(&page[size], high);
1449         }
1450 }
1451
1452 /*
1453  * This page is about to be returned from the page allocator
1454  */
1455 static inline int check_new_page(struct page *page)
1456 {
1457         const char *bad_reason = NULL;
1458         unsigned long bad_flags = 0;
1459
1460         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1461                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1462         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1463                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1464         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
1465                 bad_reason = "nonzero _count";
1466         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1467                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1468                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1469         }
1470         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1471                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1472                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1473         }
1474 #ifdef CONFIG_MEMCG
1475         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1476                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1477 #endif
1478         if (unlikely(bad_reason)) {
1479                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1480                 return 1;
1481         }
1482         return 0;
1483 }
1484
1485 static inline bool should_zero(void)
1486 {
1487         return !IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) ||
1488                 !page_poisoning_enabled();
1489 }
1490
1491 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1492                                                                 int alloc_flags)
1493 {
1494         int i;
1495
1496         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1497                 struct page *p = page + i;
1498                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1499                         return 1;
1500         }
1501
1502         set_page_private(page, 0);
1503         set_page_refcounted(page);
1504
1505         arch_alloc_page(page, order);
1506         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1507         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1508         kasan_alloc_pages(page, order);
1509
1510         if (should_zero() && gfp_flags & __GFP_ZERO)
1511                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1512                         clear_highpage(page + i);
1513
1514         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1515                 prep_compound_page(page, order);
1516
1517         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1518
1519         /*
1520          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1521          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1522          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1523          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1524          */
1525         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1526                 set_page_pfmemalloc(page);
1527         else
1528                 clear_page_pfmemalloc(page);
1529
1530         return 0;
1531 }
1532
1533 /*
1534  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1535  * the smallest available page from the freelists
1536  */
1537 static inline
1538 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1539                                                 int migratetype)
1540 {
1541         unsigned int current_order;
1542         struct free_area *area;
1543         struct page *page;
1544
1545         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1546         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1547                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1548                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1549                                                         struct page, lru);
1550                 if (!page)
1551                         continue;
1552                 list_del(&page->lru);
1553                 rmv_page_order(page);
1554                 area->nr_free--;
1555                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1556                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1557                 return page;
1558         }
1559
1560         return NULL;
1561 }
1562
1563
1564 /*
1565  * This array describes the order lists are fallen back to when
1566  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1567  */
1568 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1569         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1570         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1571         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1572 #ifdef CONFIG_CMA
1573         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1574 #endif
1575 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1576         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1577 #endif
1578 };
1579
1580 #ifdef CONFIG_CMA
1581 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1582                                         unsigned int order)
1583 {
1584         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1585 }
1586 #else
1587 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1588                                         unsigned int order) { return NULL; }
1589 #endif
1590
1591 /*
1592  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1593  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1594  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1595  */
1596 int move_freepages(struct zone *zone,
1597                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1598                           int migratetype)
1599 {
1600         struct page *page;
1601         unsigned int order;
1602         int pages_moved = 0;
1603
1604 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1605         /*
1606          * page_zone is not safe to call in this context when
1607          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1608          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1609          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1610          * grouping pages by mobility
1611          */
1612         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1613 #endif
1614
1615         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1616                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1617                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1618
1619                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1620                         page++;
1621                         continue;
1622                 }
1623
1624                 if (!PageBuddy(page)) {
1625                         page++;
1626                         continue;
1627                 }
1628
1629                 order = page_order(page);
1630                 list_move(&page->lru,
1631                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1632                 page += 1 << order;
1633                 pages_moved += 1 << order;
1634         }
1635
1636         return pages_moved;
1637 }
1638
1639 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1640                                 int migratetype)
1641 {
1642         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1643         struct page *start_page, *end_page;
1644
1645         start_pfn = page_to_pfn(page);
1646         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1647         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1648         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1649         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1650
1651         /* Do not cross zone boundaries */
1652         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1653                 start_page = page;
1654         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1655                 return 0;
1656
1657         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1658 }
1659
1660 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1661                                         int start_order, int migratetype)
1662 {
1663         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1664
1665         while (nr_pageblocks--) {
1666                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1667                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1668         }
1669 }
1670
1671 /*
1672  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1673  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1674  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1675  *
1676  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1677  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1678  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1679  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1680  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1681  * pageblocks.
1682  */
1683 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1684 {
1685         /*
1686          * Leaving this order check is intended, although there is
1687          * relaxed order check in next check. The reason is that
1688          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1689          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1690          * so could be changed anytime.
1691          */
1692         if (order >= pageblock_order)
1693                 return true;
1694
1695         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1696                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1697                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1698                 page_group_by_mobility_disabled)
1699                 return true;
1700
1701         return false;
1702 }
1703
1704 /*
1705  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1706  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1707  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1708  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1709  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1710  */
1711 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1712                                                           int start_type)
1713 {
1714         unsigned int current_order = page_order(page);
1715         int pages;
1716
1717         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1718         if (current_order >= pageblock_order) {
1719                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1720                 return;
1721         }
1722
1723         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1724
1725         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1726         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1727                         page_group_by_mobility_disabled)
1728                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1729 }
1730
1731 /*
1732  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1733  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1734  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1735  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1736  */
1737 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1738                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1739 {
1740         int i;
1741         int fallback_mt;
1742
1743         if (area->nr_free == 0)
1744                 return -1;
1745
1746         *can_steal = false;
1747         for (i = 0;; i++) {
1748                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1749                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1750                         break;
1751
1752                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1753                         continue;
1754
1755                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1756                         *can_steal = true;
1757
1758                 if (!only_stealable)
1759                         return fallback_mt;
1760
1761                 if (*can_steal)
1762                         return fallback_mt;
1763         }
1764
1765         return -1;
1766 }
1767
1768 /*
1769  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1770  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1771  */
1772 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
1773                                 unsigned int alloc_order)
1774 {
1775         int mt;
1776         unsigned long max_managed, flags;
1777
1778         /*
1779          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1780          * Check is race-prone but harmless.
1781          */
1782         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
1783         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1784                 return;
1785
1786         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1787
1788         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1789         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1790                 goto out_unlock;
1791
1792         /* Yoink! */
1793         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1794         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
1795                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
1796                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1797                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1798                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1799         }
1800
1801 out_unlock:
1802         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1803 }
1804
1805 /*
1806  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1807  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1808  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1809  * to recover from than an OOM.
1810  */
1811 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
1812 {
1813         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1814         unsigned long flags;
1815         struct zoneref *z;
1816         struct zone *zone;
1817         struct page *page;
1818         int order;
1819
1820         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
1821                                                                 ac->nodemask) {
1822                 /* Preserve at least one pageblock */
1823                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
1824                         continue;
1825
1826                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1827                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
1828                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1829
1830                         page = list_first_entry_or_null(
1831                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
1832                                         struct page, lru);
1833                         if (!page)
1834                                 continue;
1835
1836                         /*
1837                          * It should never happen but changes to locking could
1838                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
1839                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
1840                          * and watch for underflows.
1841                          */
1842                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
1843                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1844
1845                         /*
1846                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1847                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1848                          * is doing the work and needs the pages. More
1849                          * importantly, if the block was always converted to
1850                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1851                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1852                          * may increase.
1853                          */
1854                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1855                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
1856                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1857                         return;
1858                 }
1859                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1860         }
1861 }
1862
1863 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1864 static inline struct page *
1865 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1866 {
1867         struct free_area *area;
1868         unsigned int current_order;
1869         struct page *page;
1870         int fallback_mt;
1871         bool can_steal;
1872
1873         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1874         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1875                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1876                                 --current_order) {
1877                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1878                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1879                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1880                 if (fallback_mt == -1)
1881                         continue;
1882
1883                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
1884                                                 struct page, lru);
1885                 if (can_steal)
1886                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1887
1888                 /* Remove the page from the freelists */
1889                 area->nr_free--;
1890                 list_del(&page->lru);
1891                 rmv_page_order(page);
1892
1893                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1894                                         start_migratetype);
1895                 /*
1896                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
1897                  * migratetype depending on the decisions in
1898                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
1899                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
1900                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
1901                  */
1902                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
1903
1904                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1905                         start_migratetype, fallback_mt);
1906
1907                 return page;
1908         }
1909
1910         return NULL;
1911 }
1912
1913 /*
1914  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1915  * Call me with the zone->lock already held.
1916  */
1917 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1918                                 int migratetype)
1919 {
1920         struct page *page;
1921
1922         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1923         if (unlikely(!page)) {
1924                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1925                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1926
1927                 if (!page)
1928                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1929         }
1930
1931         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1932         return page;
1933 }
1934
1935 /*
1936  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1937  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1938  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1939  */
1940 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1941                         unsigned long count, struct list_head *list,
1942                         int migratetype, bool cold)
1943 {
1944         int i;
1945
1946         spin_lock(&zone->lock);
1947         for (i = 0; i < count; ++i) {
1948                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1949                 if (unlikely(page == NULL))
1950                         break;
1951
1952                 /*
1953                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1954                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1955                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1956                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1957                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1958                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1959                  * properly.
1960                  */
1961                 if (likely(!cold))
1962                         list_add(&page->lru, list);
1963                 else
1964                         list_add_tail(&page->lru, list);
1965                 list = &page->lru;
1966                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
1967                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1968                                               -(1 << order));
1969         }
1970         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1971         spin_unlock(&zone->lock);
1972         return i;
1973 }
1974
1975 #ifdef CONFIG_NUMA
1976 /*
1977  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1978  * currently executing processor on remote nodes after they have
1979  * expired.
1980  *
1981  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1982  * a single processor.
1983  */
1984 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1985 {
1986         unsigned long flags;
1987         int to_drain, batch;
1988
1989         local_irq_save(flags);
1990         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1991         to_drain = min(pcp->count, batch);
1992         if (to_drain > 0) {
1993                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1994                 pcp->count -= to_drain;
1995         }
1996         local_irq_restore(flags);
1997 }
1998 #endif
1999
2000 /*
2001  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2002  *
2003  * The processor must either be the current processor and the
2004  * thread pinned to the current processor or a processor that
2005  * is not online.
2006  */
2007 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2008 {
2009         unsigned long flags;
2010         struct per_cpu_pageset *pset;
2011         struct per_cpu_pages *pcp;
2012
2013         local_irq_save(flags);
2014         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2015
2016         pcp = &pset->pcp;
2017         if (pcp->count) {
2018                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2019                 pcp->count = 0;
2020         }
2021         local_irq_restore(flags);
2022 }
2023
2024 /*
2025  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2026  *
2027  * The processor must either be the current processor and the
2028  * thread pinned to the current processor or a processor that
2029  * is not online.
2030  */
2031 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2032 {
2033         struct zone *zone;
2034
2035         for_each_populated_zone(zone) {
2036                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2037         }
2038 }
2039
2040 /*
2041  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2042  *
2043  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2044  * the single zone's pages.
2045  */
2046 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2047 {
2048         int cpu = smp_processor_id();
2049
2050         if (zone)
2051                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2052         else
2053                 drain_pages(cpu);
2054 }
2055
2056 /*
2057  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2058  *
2059  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2060  *
2061  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2062  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2063  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2064  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2065  * before the call to on_each_cpu_mask().
2066  */
2067 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2068 {
2069         int cpu;
2070
2071         /*
2072          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2073          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2074          */
2075         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2076
2077         /*
2078          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2079          * as offline notification will cause the notified
2080          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2081          * disables preemption as part of its processing
2082          */
2083         for_each_online_cpu(cpu) {
2084                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2085                 struct zone *z;
2086                 bool has_pcps = false;
2087
2088                 if (zone) {
2089                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2090                         if (pcp->pcp.count)
2091                                 has_pcps = true;
2092                 } else {
2093                         for_each_populated_zone(z) {
2094                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2095                                 if (pcp->pcp.count) {
2096                                         has_pcps = true;
2097                                         break;
2098                                 }
2099                         }
2100                 }
2101
2102                 if (has_pcps)
2103                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2104                 else
2105                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2106         }
2107         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2108                                                                 zone, 1);
2109 }
2110
2111 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2112
2113 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2114 {
2115         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2116         unsigned long flags;
2117         unsigned int order, t;
2118         struct page *page;
2119
2120         if (zone_is_empty(zone))
2121                 return;
2122
2123         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2124
2125         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2126         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2127                 if (pfn_valid(pfn)) {
2128                         page = pfn_to_page(pfn);
2129                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2130                                 swsusp_unset_page_free(page);
2131                 }
2132
2133         for_each_migratetype_order(order, t) {
2134                 list_for_each_entry(page,
2135                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2136                         unsigned long i;
2137
2138                         pfn = page_to_pfn(page);
2139                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2140                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2141                 }
2142         }
2143         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2144 }
2145 #endif /* CONFIG_PM */
2146
2147 /*
2148  * Free a 0-order page
2149  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2150  */
2151 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2152 {
2153         struct zone *zone = page_zone(page);
2154         struct per_cpu_pages *pcp;
2155         unsigned long flags;
2156         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2157         int migratetype;
2158
2159         if (!free_pages_prepare(page, 0))
2160                 return;
2161
2162         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2163         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2164         local_irq_save(flags);
2165         __count_vm_event(PGFREE);
2166
2167         /*
2168          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2169          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2170          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2171          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2172          * excessively into the page allocator
2173          */
2174         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2175                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2176                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2177                         goto out;
2178                 }
2179                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2180         }
2181
2182         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2183         if (!cold)
2184                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2185         else
2186                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2187         pcp->count++;
2188         if (pcp->count >= pcp->high) {
2189                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2190                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2191                 pcp->count -= batch;
2192         }
2193
2194 out:
2195         local_irq_restore(flags);
2196 }
2197
2198 /*
2199  * Free a list of 0-order pages
2200  */
2201 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2202 {
2203         struct page *page, *next;
2204
2205         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2206                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2207                 free_hot_cold_page(page, cold);
2208         }
2209 }
2210
2211 /*
2212  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2213  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2214  * Each sub-page must be freed individually.
2215  *
2216  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2217  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2218  */
2219 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2220 {
2221         int i;
2222         gfp_t gfp_mask;
2223
2224         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2225         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2226
2227 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2228         /*
2229          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2230          * otherwise free the whole shadow.
2231          */
2232         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2233                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2234 #endif
2235
2236         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2237         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2238         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2239                 set_page_refcounted(page + i);
2240                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2241         }
2242 }
2243 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2244
2245 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2246 {
2247         unsigned long watermark;
2248         struct zone *zone;
2249         int mt;
2250
2251         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2252
2253         zone = page_zone(page);
2254         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2255
2256         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2257                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2258                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2259                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2260                         return 0;
2261
2262                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2263         }
2264
2265         /* Remove page from free list */
2266         list_del(&page->lru);
2267         zone->free_area[order].nr_free--;
2268         rmv_page_order(page);
2269
2270         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2271
2272         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2273         if (order >= pageblock_order - 1) {
2274                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2275                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2276                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2277                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2278                                 set_pageblock_migratetype(page,
2279                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2280                 }
2281         }
2282
2283
2284         return 1UL << order;
2285 }
2286
2287 /*
2288  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2289  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2290  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2291  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2292  * are enabled.
2293  *
2294  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2295  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2296  */
2297 int split_free_page(struct page *page)
2298 {
2299         unsigned int order;
2300         int nr_pages;
2301
2302         order = page_order(page);
2303
2304         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2305         if (!nr_pages)
2306                 return 0;
2307
2308         /* Split into individual pages */
2309         set_page_refcounted(page);
2310         split_page(page, order);
2311         return nr_pages;
2312 }
2313
2314 /*
2315  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2316  */
2317 static inline
2318 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2319                         struct zone *zone, unsigned int order,
2320                         gfp_t gfp_flags, int alloc_flags, int migratetype)
2321 {
2322         unsigned long flags;
2323         struct page *page;
2324         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2325
2326         if (likely(order == 0)) {
2327                 struct per_cpu_pages *pcp;
2328                 struct list_head *list;
2329
2330                 local_irq_save(flags);
2331                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2332                 list = &pcp->lists[migratetype];
2333                 if (list_empty(list)) {
2334                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2335                                         pcp->batch, list,
2336                                         migratetype, cold);
2337                         if (unlikely(list_empty(list)))
2338                                 goto failed;
2339                 }
2340
2341                 if (cold)
2342                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2343                 else
2344                         page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2345
2346                 list_del(&page->lru);
2347                 pcp->count--;
2348         } else {
2349                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
2350                         /*
2351                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
2352                          *
2353                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
2354                          * properly detect and handle allocation failures.
2355                          *
2356                          * We most definitely don't want callers attempting to
2357                          * allocate greater than order-1 page units with
2358                          * __GFP_NOFAIL.
2359                          */
2360                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
2361                 }
2362                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2363
2364                 page = NULL;
2365                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2366                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2367                         if (page)
2368                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2369                 }
2370                 if (!page)
2371                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2372                 spin_unlock(&zone->lock);
2373                 if (!page)
2374                         goto failed;
2375                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2376                                           get_pcppage_migratetype(page));
2377         }
2378
2379         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2380         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2381             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2382                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2383
2384         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2385         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2386         local_irq_restore(flags);
2387
2388         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2389         return page;
2390
2391 failed:
2392         local_irq_restore(flags);
2393         return NULL;
2394 }
2395
2396 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2397
2398 static struct {
2399         struct fault_attr attr;
2400
2401         bool ignore_gfp_highmem;
2402         bool ignore_gfp_reclaim;
2403         u32 min_order;
2404 } fail_page_alloc = {
2405         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2406         .ignore_gfp_reclaim = true,
2407         .ignore_gfp_highmem = true,
2408         .min_order = 1,
2409 };
2410
2411 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2412 {
2413         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2414 }
2415 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2416
2417 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2418 {
2419         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2420                 return false;
2421         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2422                 return false;
2423         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2424                 return false;
2425         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2426                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2427                 return false;
2428
2429         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2430 }
2431
2432 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2433
2434 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2435 {
2436         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2437         struct dentry *dir;
2438
2439         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2440                                         &fail_page_alloc.attr);
2441         if (IS_ERR(dir))
2442                 return PTR_ERR(dir);
2443
2444         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2445                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2446                 goto fail;
2447         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2448                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2449                 goto fail;
2450         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2451                                 &fail_page_alloc.min_order))
2452                 goto fail;
2453
2454         return 0;
2455 fail:
2456         debugfs_remove_recursive(dir);
2457
2458         return -ENOMEM;
2459 }
2460
2461 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2462
2463 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2464
2465 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2466
2467 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2468 {
2469         return false;
2470 }
2471
2472 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2473
2474 /*
2475  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2476  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2477  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2478  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2479  */
2480 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2481                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
2482                         long free_pages)
2483 {
2484         long min = mark;
2485         int o;
2486         const int alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2487
2488         /* free_pages may go negative - that's OK */
2489         free_pages -= (1 << order) - 1;
2490
2491         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2492                 min -= min / 2;
2493
2494         /*
2495          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2496          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2497          * atomic reserve but it avoids a search.
2498          */
2499         if (likely(!alloc_harder))
2500                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2501         else
2502                 min -= min / 4;
2503
2504 #ifdef CONFIG_CMA
2505         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2506         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2507                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2508 #endif
2509
2510         /*
2511          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2512          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2513          * even if a suitable page happened to be free.
2514          */
2515         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2516                 return false;
2517
2518         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2519         if (!order)
2520                 return true;
2521
2522         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2523         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2524                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2525                 int mt;
2526
2527                 if (!area->nr_free)
2528                         continue;
2529
2530                 if (alloc_harder)
2531                         return true;
2532
2533                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2534                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2535                                 return true;
2536                 }
2537
2538 #ifdef CONFIG_CMA
2539                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2540                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2541                         return true;
2542                 }
2543 #endif
2544         }
2545         return false;
2546 }
2547
2548 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2549                       int classzone_idx, int alloc_flags)
2550 {
2551         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2552                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2553 }
2554
2555 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2556                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2557 {
2558         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2559
2560         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2561                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2562
2563         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2564                                                                 free_pages);
2565 }
2566
2567 #ifdef CONFIG_NUMA
2568 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2569 {
2570         return local_zone->node == zone->node;
2571 }
2572
2573 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2574 {
2575         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2576                                 RECLAIM_DISTANCE;
2577 }
2578 #else   /* CONFIG_NUMA */
2579 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2580 {
2581         return true;
2582 }
2583
2584 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2585 {
2586         return true;
2587 }
2588 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2589
2590 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2591 {
2592         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2593
2594         do {
2595                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2596                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2597                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2598                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2599         } while (zone++ != preferred_zone);
2600 }
2601
2602 /*
2603  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2604  * a page.
2605  */
2606 static struct page *
2607 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2608                                                 const struct alloc_context *ac)
2609 {
2610         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2611         struct zoneref *z;
2612         struct page *page = NULL;
2613         struct zone *zone;
2614         int nr_fair_skipped = 0;
2615         bool zonelist_rescan;
2616
2617 zonelist_scan:
2618         zonelist_rescan = false;
2619
2620         /*
2621          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2622          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2623          */
2624         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2625                                                                 ac->nodemask) {
2626                 unsigned long mark;
2627
2628                 if (cpusets_enabled() &&
2629                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2630                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2631                                 continue;
2632                 /*
2633                  * Distribute pages in proportion to the individual
2634                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2635                  * page was allocated in should have no effect on the
2636                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2637                  */
2638                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2639                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2640                                 break;
2641                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2642                                 nr_fair_skipped++;
2643                                 continue;
2644                         }
2645                 }
2646                 /*
2647                  * When allocating a page cache page for writing, we
2648                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2649                  * limit, such that no single zone holds more than its
2650                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2651                  * The dirty limits take into account the zone's
2652                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2653                  * should be able to balance it without having to
2654                  * write pages from its LRU list.
2655                  *
2656                  * This may look like it could increase pressure on
2657                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2658                  * before they are full.  But the pages that do spill
2659                  * over are limited as the lower zones are protected
2660                  * by this very same mechanism.  It should not become
2661                  * a practical burden to them.
2662                  *
2663                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2664                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2665                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2666                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2667                  * zones are together not big enough to reach the
2668                  * global limit.  The proper fix for these situations
2669                  * will require awareness of zones in the
2670                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2671                  */
2672                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2673                         continue;
2674
2675                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2676                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2677                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2678                         int ret;
2679
2680                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2681                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2682                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2683                                 goto try_this_zone;
2684
2685                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2686                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2687                                 continue;
2688
2689                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2690                         switch (ret) {
2691                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2692                                 /* did not scan */
2693                                 continue;
2694                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2695                                 /* scanned but unreclaimable */
2696                                 continue;
2697                         default:
2698                                 /* did we reclaim enough */
2699                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2700                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2701                                         goto try_this_zone;
2702
2703                                 continue;
2704                         }
2705                 }
2706
2707 try_this_zone:
2708                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2709                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2710                 if (page) {
2711                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2712                                 goto try_this_zone;
2713
2714                         /*
2715                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2716                          * if the pageblock should be reserved for the future
2717                          */
2718                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2719                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2720
2721                         return page;
2722                 }
2723         }
2724
2725         /*
2726          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2727          * local node.  However, the local node might have free pages left
2728          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2729          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2730          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2731          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2732          */
2733         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2734                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2735                 if (nr_fair_skipped) {
2736                         zonelist_rescan = true;
2737                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2738                 }
2739                 if (nr_online_nodes > 1)
2740                         zonelist_rescan = true;
2741         }
2742
2743         if (zonelist_rescan)
2744                 goto zonelist_scan;
2745
2746         return NULL;
2747 }
2748
2749 /*
2750  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2751  * meminfo in irq context.
2752  */
2753 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2754 {
2755         bool ret = false;
2756
2757 #if NODES_SHIFT > 8
2758         ret = in_interrupt();
2759 #endif
2760         return ret;
2761 }
2762
2763 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2764                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2765                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2766
2767 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2768 {
2769         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2770
2771         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2772             debug_guardpage_minorder() > 0)
2773                 return;
2774
2775         /*
2776          * This documents exceptions given to allocations in certain
2777          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2778          * of allowed nodes.
2779          */
2780         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2781                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2782                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2783                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2784         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2785                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2786
2787         if (fmt) {
2788                 struct va_format vaf;
2789                 va_list args;
2790
2791                 va_start(args, fmt);
2792
2793                 vaf.fmt = fmt;
2794                 vaf.va = &args;
2795
2796                 pr_warn("%pV", &vaf);
2797
2798                 va_end(args);
2799         }
2800
2801         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
2802                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
2803         dump_stack();
2804         if (!should_suppress_show_mem())
2805                 show_mem(filter);
2806 }
2807
2808 static inline struct page *
2809 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2810         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2811 {
2812         struct oom_control oc = {
2813                 .zonelist = ac->zonelist,
2814                 .nodemask = ac->nodemask,
2815                 .gfp_mask = gfp_mask,
2816                 .order = order,
2817         };
2818         struct page *page;
2819
2820         *did_some_progress = 0;
2821
2822         /*
2823          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2824          * making progress for us.
2825          */
2826         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2827                 *did_some_progress = 1;
2828                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2829                 return NULL;
2830         }
2831
2832         /*
2833          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2834          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2835          * we're still under heavy pressure.
2836          */
2837         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2838                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2839         if (page)
2840                 goto out;
2841
2842         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2843                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2844                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2845                         goto out;
2846                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2847                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2848                         goto out;
2849                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2850                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2851                         goto out;
2852                 /* The OOM killer does not compensate for IO-less reclaim */
2853                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2854                         /*
2855                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2856                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2857                          * keep looping as per tradition.
2858                          *
2859                          * But do not keep looping if oom_killer_disable()
2860                          * was already called, for the system is trying to
2861                          * enter a quiescent state during suspend.
2862                          */
2863                         *did_some_progress = !oom_killer_disabled;
2864                         goto out;
2865                 }
2866                 if (pm_suspended_storage())
2867                         goto out;
2868                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2869                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2870                         goto out;
2871         }
2872         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2873         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2874                 *did_some_progress = 1;
2875
2876                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
2877                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2878                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
2879                         /*
2880                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
2881                          * are depleted
2882                          */
2883                         if (!page)
2884                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2885                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2886                 }
2887         }
2888 out:
2889         mutex_unlock(&oom_lock);
2890         return page;
2891 }
2892
2893 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2894 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2895 static struct page *
2896 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2897                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2898                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2899                 bool *deferred_compaction)
2900 {
2901         unsigned long compact_result;
2902         struct page *page;
2903
2904         if (!order)
2905                 return NULL;
2906
2907         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2908         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2909                                                 mode, contended_compaction);
2910         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2911
2912         switch (compact_result) {
2913         case COMPACT_DEFERRED:
2914                 *deferred_compaction = true;
2915                 /* fall-through */
2916         case COMPACT_SKIPPED:
2917                 return NULL;
2918         default:
2919                 break;
2920         }
2921
2922         /*
2923          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2924          * count a compaction stall
2925          */
2926         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2927
2928         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2929                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2930
2931         if (page) {
2932                 struct zone *zone = page_zone(page);
2933
2934                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2935                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2936                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2937                 return page;
2938         }
2939
2940         /*
2941          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2942          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2943          */
2944         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2945
2946         cond_resched();
2947
2948         return NULL;
2949 }
2950 #else
2951 static inline struct page *
2952 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2953                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2954                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2955                 bool *deferred_compaction)
2956 {
2957         return NULL;
2958 }
2959 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2960
2961 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2962 static int
2963 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2964                                         const struct alloc_context *ac)
2965 {
2966         struct reclaim_state reclaim_state;
2967         int progress;
2968
2969         cond_resched();
2970
2971         /* We now go into synchronous reclaim */
2972         cpuset_memory_pressure_bump();
2973         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2974         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2975         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2976         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2977
2978         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2979                                                                 ac->nodemask);
2980
2981         current->reclaim_state = NULL;
2982         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2983         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2984
2985         cond_resched();
2986
2987         return progress;
2988 }
2989
2990 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2991 static inline struct page *
2992 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2993                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2994                 unsigned long *did_some_progress)
2995 {
2996         struct page *page = NULL;
2997         bool drained = false;
2998
2999         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3000         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3001                 return NULL;
3002
3003 retry:
3004         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3005                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3006
3007         /*
3008          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3009          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3010          * Shrink them them and try again
3011          */
3012         if (!page && !drained) {
3013                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3014                 drain_all_pages(NULL);
3015                 drained = true;
3016                 goto retry;
3017         }
3018
3019         return page;
3020 }
3021
3022 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3023 {
3024         struct zoneref *z;
3025         struct zone *zone;
3026
3027         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3028                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
3029                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
3030 }
3031
3032 static inline int
3033 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3034 {
3035         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3036
3037         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3038         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3039
3040         /*
3041          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3042          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3043          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3044          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3045          */
3046         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3047
3048         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3049                 /*
3050                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3051                  * if it can't schedule.
3052                  */
3053                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3054                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3055                 /*
3056                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3057                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3058                  */
3059                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3060         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3061                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3062
3063         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3064                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3065                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3066                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3067                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3068                 else if (!in_interrupt() &&
3069                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3070                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3071                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3072         }
3073 #ifdef CONFIG_CMA
3074         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3075                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3076 #endif
3077         return alloc_flags;
3078 }
3079
3080 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3081 {
3082         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3083 }
3084
3085 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3086 {
3087         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3088 }
3089
3090 /*
3091  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3092  * is consider as the only way to move forward.
3093  */
3094 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3095
3096 /*
3097  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3098  * for the given allocation request.
3099  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3100  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds
3101  * without any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages
3102  * on the applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3103  * no_progress_loops).
3104  *
3105  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3106  */
3107 static inline bool
3108 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3109                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3110                      bool did_some_progress,
3111                      int no_progress_loops)
3112 {
3113         struct zone *zone;
3114         struct zoneref *z;
3115
3116         /*
3117          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3118          * several times in the row.
3119          */
3120         if (no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3121                 return false;
3122
3123         /* Do not retry high order allocations unless they are __GFP_REPEAT */
3124         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3125                 return false;
3126
3127         /*
3128          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3129          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3130          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3131          * screwed and have to go OOM.
3132          */
3133         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3134                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3135                 unsigned long available;
3136                 unsigned long reclaimable;
3137
3138                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3139                 available -= DIV_ROUND_UP(no_progress_loops * available,
3140                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3141                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3142
3143                 /*
3144                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3145                  * available?
3146                  */
3147                 if (__zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark_pages(zone),
3148                                 ac->high_zoneidx, alloc_flags, available)) {
3149                         unsigned long writeback;
3150                         unsigned long dirty;
3151
3152                         writeback = zone_page_state_snapshot(zone, NR_WRITEBACK);
3153                         dirty = zone_page_state_snapshot(zone, NR_FILE_DIRTY);
3154
3155                         /*
3156                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3157                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3158                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3159                          * prevent from pre mature OOM
3160                          */
3161                         if (!did_some_progress && 2*(writeback + dirty) > reclaimable) {
3162                                 congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3163                                 return true;
3164                         }
3165
3166                         /*
3167                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3168                          * context and the current implementation of the WQ
3169                          * concurrency control doesn't recognize that
3170                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3171                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3172                          * do a short sleep here rather than calling
3173                          * cond_resched().
3174                          */
3175                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3176                                 schedule_timeout(1);
3177                         else
3178                                 cond_resched();
3179
3180                         return true;
3181                 }
3182         }
3183
3184         return false;
3185 }
3186
3187 static inline struct page *
3188 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3189                                                 struct alloc_context *ac)
3190 {
3191         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3192         struct page *page = NULL;
3193         int alloc_flags;
3194         unsigned long did_some_progress;
3195         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3196         bool deferred_compaction = false;
3197         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
3198         int no_progress_loops = 0;
3199
3200         /*
3201          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3202          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3203          * be using allocators in order of preference for an area that is
3204          * too large.
3205          */
3206         if (order >= MAX_ORDER) {
3207                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3208                 return NULL;
3209         }
3210
3211         /*
3212          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3213          * callers that are not in atomic context.
3214          */
3215         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3216                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3217                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3218
3219         /*
3220          * If this allocation cannot block and it is for a specific node, then
3221          * fail early.  There's no need to wakeup kswapd or retry for a
3222          * speculative node-specific allocation.
3223          */
3224         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && (gfp_mask & __GFP_THISNODE) && !can_direct_reclaim)
3225                 goto nopage;
3226
3227 retry:
3228         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3229                 wake_all_kswapds(order, ac);
3230
3231         /*
3232          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3233          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3234          * to how we want to proceed.
3235          */
3236         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3237
3238         /*
3239          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
3240          * cpusets.
3241          */
3242         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
3243                 struct zoneref *preferred_zoneref;
3244                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3245                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
3246                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3247         }
3248
3249         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3250         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3251                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3252         if (page)
3253                 goto got_pg;
3254
3255         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3256         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3257                 /*
3258                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3259                  * the allocation is high priority and these type of
3260                  * allocations are system rather than user orientated
3261                  */
3262                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3263                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3264                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3265                 if (page)
3266                         goto got_pg;
3267         }
3268
3269         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3270         if (!can_direct_reclaim) {
3271                 /*
3272                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3273                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3274                  * to fail.
3275                  */
3276                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3277                 goto nopage;
3278         }
3279
3280         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3281         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3282                 /*
3283                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3284                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3285                  * for somebody to do a work for us.
3286                  */
3287                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3288                         cond_resched();
3289                         goto retry;
3290                 }
3291                 goto nopage;
3292         }
3293
3294         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3295         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3296                 goto nopage;
3297
3298         /*
3299          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3300          * attempts after direct reclaim are synchronous
3301          */
3302         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3303                                         migration_mode,
3304                                         &contended_compaction,
3305                                         &deferred_compaction);
3306         if (page)
3307                 goto got_pg;
3308
3309         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3310         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3311                 /*
3312                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3313                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3314                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3315                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3316                  * instead of entering direct reclaim.
3317                  */
3318                 if (deferred_compaction)
3319                         goto nopage;
3320
3321                 /*
3322                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3323                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3324                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3325                  * so we fallback to base pages instead.
3326                  */
3327                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3328                         goto nopage;
3329
3330                 /*
3331                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3332                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3333                  * khugepaged trying to collapse.
3334                  */
3335                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3336                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3337                         goto nopage;
3338         }
3339
3340         /*
3341          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3342          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3343          * khugepaged trying to collapse.
3344          */
3345         if (!is_thp_gfp_mask(gfp_mask) || (current->flags & PF_KTHREAD))
3346                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3347
3348         /* Try direct reclaim and then allocating */
3349         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3350                                                         &did_some_progress);
3351         if (page)
3352                 goto got_pg;
3353
3354         /* Do not loop if specifically requested */
3355         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3356                 goto noretry;
3357
3358         /*
3359          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3360          * their order will become available due to high fragmentation so do
3361          * not reset the no progress counter for them
3362          */
3363         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3364                 no_progress_loops = 0;
3365         else
3366                 no_progress_loops++;
3367
3368         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3369                                  did_some_progress > 0, no_progress_loops))
3370                 goto retry;
3371
3372         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3373         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3374         if (page)
3375                 goto got_pg;
3376
3377         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3378         if (did_some_progress) {
3379                 no_progress_loops = 0;
3380                 goto retry;
3381         }
3382
3383 noretry:
3384         /*
3385          * High-order allocations do not necessarily loop after
3386          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3387          * being called after reclaim so call directly if necessary
3388          */
3389         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3390                                             ac, migration_mode,
3391                                             &contended_compaction,
3392                                             &deferred_compaction);
3393         if (page)
3394                 goto got_pg;
3395 nopage:
3396         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3397 got_pg:
3398         return page;
3399 }
3400
3401 /*
3402  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3403  */
3404 struct page *
3405 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3406                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3407 {
3408         struct zoneref *preferred_zoneref;
3409         struct page *page = NULL;
3410         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3411         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
3412         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3413         struct alloc_context ac = {
3414                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3415                 .nodemask = nodemask,
3416                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3417         };
3418
3419         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3420
3421         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3422
3423         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3424
3425         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3426                 return NULL;
3427
3428         /*
3429          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3430          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3431          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3432          */
3433         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3434                 return NULL;
3435
3436         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3437                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3438
3439 retry_cpuset:
3440         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3441
3442         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
3443         ac.zonelist = zonelist;
3444
3445         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3446         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3447
3448         /* The preferred zone is used for statistics later */
3449         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3450                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
3451                                 &ac.preferred_zone);
3452         if (!ac.preferred_zone)
3453                 goto out;
3454         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3455
3456         /* First allocation attempt */
3457         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
3458         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3459         if (unlikely(!page)) {
3460                 /*
3461                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3462                  * can deadlock because I/O on the device might not
3463                  * complete.
3464                  */
3465                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3466                 ac.spread_dirty_pages = false;
3467
3468                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3469         }
3470
3471         if (kmemcheck_enabled && page)
3472                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3473
3474         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3475
3476 out:
3477         /*
3478          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3479          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3480          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3481          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3482          */
3483         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
3484                 goto retry_cpuset;
3485
3486         return page;
3487 }
3488 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3489
3490 /*
3491  * Common helper functions.
3492  */
3493 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3494 {
3495         struct page *page;
3496
3497         /*
3498          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3499          * a highmem page
3500          */
3501         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3502
3503         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3504         if (!page)
3505                 return 0;
3506         return (unsigned long) page_address(page);
3507 }
3508 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3509
3510 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3511 {
3512         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3513 }
3514 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3515
3516 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3517 {
3518         if (put_page_testzero(page)) {
3519                 if (order == 0)
3520                         free_hot_cold_page(page, false);
3521                 else
3522                         __free_pages_ok(page, order);
3523         }
3524 }
3525
3526 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3527
3528 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3529 {
3530         if (addr != 0) {
3531                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3532                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3533         }
3534 }
3535
3536 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3537
3538 /*
3539  * Page Fragment:
3540  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3541  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3542  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3543  *
3544  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3545  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3546  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3547  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3548  */
3549 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3550                                        gfp_t gfp_mask)
3551 {
3552         struct page *page = NULL;
3553         gfp_t gfp = gfp_mask;
3554
3555 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3556         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3557                     __GFP_NOMEMALLOC;
3558         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3559                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3560         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3561 #endif
3562         if (unlikely(!page))
3563                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3564
3565         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3566
3567         return page;
3568 }
3569
3570 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3571                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3572 {
3573         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3574         struct page *page;
3575         int offset;
3576
3577         if (unlikely(!nc->va)) {
3578 refill:
3579                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3580                 if (!page)
3581                         return NULL;
3582
3583 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3584                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3585                 size = nc->size;
3586 #endif
3587                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3588                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3589                  */
3590                 atomic_add(size - 1, &page->_count);
3591
3592                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3593                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3594                 nc->pagecnt_bias = size;
3595                 nc->offset = size;
3596         }
3597
3598         offset = nc->offset - fragsz;
3599         if (unlikely(offset < 0)) {
3600                 page = virt_to_page(nc->va);
3601
3602                 if (!atomic_sub_and_test(nc->pagecnt_bias, &page->_count))
3603                         goto refill;
3604
3605 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3606                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3607                 size = nc->size;
3608 #endif
3609                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3610                 atomic_set(&page->_count, size);
3611
3612                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3613                 nc->pagecnt_bias = size;
3614                 offset = size - fragsz;
3615         }
3616
3617         nc->pagecnt_bias--;
3618         nc->offset = offset;
3619
3620         return nc->va + offset;
3621 }
3622 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3623
3624 /*
3625  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3626  */
3627 void __free_page_frag(void *addr)
3628 {
3629         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3630
3631         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3632                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3633 }
3634 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3635
3636 /*
3637  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3638  * of the current memory cgroup if __GFP_ACCOUNT is set, other than that it is
3639  * equivalent to alloc_pages.
3640  *
3641  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3642  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3643  */
3644 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3645 {
3646         struct page *page;
3647
3648         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3649         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3650                 __free_pages(page, order);
3651                 page = NULL;
3652         }
3653         return page;
3654 }
3655
3656 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3657 {
3658         struct page *page;
3659
3660         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3661         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3662                 __free_pages(page, order);
3663                 page = NULL;
3664         }
3665         return page;
3666 }
3667
3668 /*
3669  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3670  * alloc_kmem_pages.
3671  */
3672 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3673 {
3674         memcg_kmem_uncharge(page, order);
3675         __free_pages(page, order);
3676 }
3677
3678 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3679 {
3680         if (addr != 0) {
3681                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3682                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3683         }
3684 }
3685
3686 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3687                 size_t size)
3688 {
3689         if (addr) {
3690                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3691                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3692
3693                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3694                 while (used < alloc_end) {
3695                         free_page(used);
3696                         used += PAGE_SIZE;
3697                 }
3698         }
3699         return (void *)addr;
3700 }
3701
3702 /**
3703  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3704  * @size: the number of bytes to allocate
3705  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3706  *
3707  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3708  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3709  * allocate memory in power-of-two pages.
3710  *
3711  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3712  *
3713  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3714  */
3715 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3716 {
3717         unsigned int order = get_order(size);
3718         unsigned long addr;
3719
3720         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3721         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3722 }
3723 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3724
3725 /**
3726  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3727  *                         pages on a node.
3728  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3729  * @size: the number of bytes to allocate
3730  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3731  *
3732  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3733  * back.
3734  */
3735 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3736 {
3737         unsigned int order = get_order(size);
3738         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3739         if (!p)
3740                 return NULL;
3741         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3742 }
3743
3744 /**
3745  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3746  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3747  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3748  *
3749  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3750  */
3751 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3752 {
3753         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3754         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3755
3756         while (addr < end) {
3757                 free_page(addr);
3758                 addr += PAGE_SIZE;
3759         }
3760 }
3761 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3762
3763 /**
3764  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3765  * @offset: The zone index of the highest zone
3766  *
3767  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3768  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3769  * zone, the number of pages is calculated as:
3770  *     managed_pages - high_pages
3771  */
3772 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3773 {
3774         struct zoneref *z;
3775         struct zone *zone;
3776
3777         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3778         unsigned long sum = 0;
3779
3780         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3781
3782         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3783                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3784                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3785                 if (size > high)
3786                         sum += size - high;
3787         }
3788
3789         return sum;
3790 }
3791
3792 /**
3793  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3794  *
3795  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3796  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3797  */
3798 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3799 {
3800         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3801 }
3802 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3803
3804 /**
3805  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3806  *
3807  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3808  * high watermark within all zones.
3809  */
3810 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3811 {
3812         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3813 }
3814
3815 static inline void show_node(struct zone *zone)
3816 {
3817         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3818                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3819 }
3820
3821 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3822 {
3823         val->totalram = totalram_pages;
3824         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3825         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3826         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3827         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3828         val->freehigh = nr_free_highpages();
3829         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3830 }
3831
3832 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3833
3834 #ifdef CONFIG_NUMA
3835 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3836 {
3837         int zone_type;          /* needs to be signed */
3838         unsigned long managed_pages = 0;
3839         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3840
3841         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3842                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3843         val->totalram = managed_pages;
3844         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3845         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3846 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3847         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3848         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3849                         NR_FREE_PAGES);
3850 #else
3851         val->totalhigh = 0;
3852         val->freehigh = 0;
3853 #endif
3854         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3855 }
3856 #endif
3857
3858 /*
3859  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3860  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3861  */
3862 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3863 {
3864         bool ret = false;
3865         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3866
3867         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3868                 goto out;
3869
3870         do {
3871                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3872                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3873         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3874 out:
3875         return ret;
3876 }
3877
3878 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3879
3880 static void show_migration_types(unsigned char type)
3881 {
3882         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3883                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3884                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3885                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3886                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
3887 #ifdef CONFIG_CMA
3888                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3889 #endif
3890 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3891                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3892 #endif
3893         };
3894         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3895         char *p = tmp;
3896         int i;
3897
3898         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3899                 if (type & (1 << i))
3900                         *p++ = types[i];
3901         }
3902
3903         *p = '\0';
3904         printk("(%s) ", tmp);
3905 }
3906
3907 /*
3908  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3909  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3910  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3911  *
3912  * Bits in @filter:
3913  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3914  *   cpuset.
3915  */
3916 void show_free_areas(unsigned int filter)
3917 {
3918         unsigned long free_pcp = 0;
3919         int cpu;
3920         struct zone *zone;
3921
3922         for_each_populated_zone(zone) {
3923                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3924                         continue;
3925
3926                 for_each_online_cpu(cpu)
3927                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3928         }
3929
3930         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3931                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3932                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3933                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3934                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3935                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3936                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3937                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3938                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3939                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3940                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3941                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3942                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3943                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3944                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3945                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3946                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3947                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3948                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3949                 global_page_state(NR_SHMEM),
3950                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3951                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3952                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3953                 free_pcp,
3954                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3955
3956         for_each_populated_zone(zone) {
3957                 int i;
3958
3959                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3960                         continue;
3961
3962                 free_pcp = 0;
3963                 for_each_online_cpu(cpu)
3964                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3965
3966                 show_node(zone);
3967                 printk("%s"
3968                         " free:%lukB"
3969                         " min:%lukB"
3970                         " low:%lukB"
3971                         " high:%lukB"
3972                         " active_anon:%lukB"
3973                         " inactive_anon:%lukB"
3974                         " active_file:%lukB"
3975                         " inactive_file:%lukB"
3976                         " unevictable:%lukB"
3977                         " isolated(anon):%lukB"
3978                         " isolated(file):%lukB"
3979                         " present:%lukB"
3980                         " managed:%lukB"
3981                         " mlocked:%lukB"
3982                         " dirty:%lukB"
3983                         " writeback:%lukB"
3984                         " mapped:%lukB"
3985                         " shmem:%lukB"
3986                         " slab_reclaimable:%lukB"
3987                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3988                         " kernel_stack:%lukB"
3989                         " pagetables:%lukB"
3990                         " unstable:%lukB"
3991                         " bounce:%lukB"
3992                         " free_pcp:%lukB"
3993                         " local_pcp:%ukB"
3994                         " free_cma:%lukB"
3995                         " writeback_tmp:%lukB"
3996                         " pages_scanned:%lu"
3997                         " all_unreclaimable? %s"
3998                         "\n",
3999                         zone->name,
4000                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4001                         K(min_wmark_pages(zone)),
4002                         K(low_wmark_pages(zone)),
4003                         K(high_wmark_pages(zone)),
4004                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
4005                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
4006                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
4007                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
4008                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
4009                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
4010                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
4011                         K(zone->present_pages),
4012                         K(zone->managed_pages),
4013                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4014                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
4015                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
4016                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
4017                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
4018                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4019                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4020                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
4021                                 THREAD_SIZE / 1024,
4022                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4023                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
4024                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4025                         K(free_pcp),
4026                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4027                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
4028                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4029                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
4030                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
4031                         );
4032                 printk("lowmem_reserve[]:");
4033                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4034                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4035                 printk("\n");
4036         }
4037
4038         for_each_populated_zone(zone) {
4039                 unsigned int order;
4040                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4041                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4042
4043                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4044                         continue;
4045                 show_node(zone);
4046                 printk("%s: ", zone->name);
4047
4048                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4049                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4050                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4051                         int type;
4052
4053                         nr[order] = area->nr_free;
4054                         total += nr[order] << order;
4055
4056                         types[order] = 0;
4057                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4058                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4059                                         types[order] |= 1 << type;
4060                         }
4061                 }
4062                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4063                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4064                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4065                         if (nr[order])
4066                                 show_migration_types(types[order]);
4067                 }
4068                 printk("= %lukB\n", K(total));
4069         }
4070
4071         hugetlb_show_meminfo();
4072
4073         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
4074
4075         show_swap_cache_info();
4076 }
4077
4078 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4079 {
4080         zoneref->zone = zone;
4081         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4082 }
4083
4084 /*
4085  * Builds allocation fallback zone lists.
4086  *
4087  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4088  */
4089 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4090                                 int nr_zones)
4091 {
4092         struct zone *zone;
4093         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4094
4095         do {
4096                 zone_type--;
4097                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4098                 if (populated_zone(zone)) {
4099                         zoneref_set_zone(zone,
4100                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4101                         check_highest_zone(zone_type);
4102                 }
4103         } while (zone_type);
4104
4105         return nr_zones;
4106 }
4107
4108
4109 /*
4110  *  zonelist_order:
4111  *  0 = automatic detection of better ordering.
4112  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4113  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4114  *
4115  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4116  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4117  */
4118 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4119 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4120 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4121
4122 /* zonelist order in the kernel.
4123  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4124  */
4125 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4126 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4127
4128
4129 #ifdef CONFIG_NUMA
4130 /* The value user specified ....changed by config */
4131 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4132 /* string for sysctl */
4133 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4134 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4135
4136 /*
4137  * interface for configure zonelist ordering.
4138  * command line option "numa_zonelist_order"
4139  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4140  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4141  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4142  */
4143
4144 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4145 {
4146         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4147                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4148         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4149                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4150         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4151                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4152         } else {
4153                 printk(KERN_WARNING
4154                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
4155                         "%s\n", s);
4156                 return -EINVAL;
4157         }
4158         return 0;
4159 }
4160
4161 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4162 {
4163         int ret;
4164
4165         if (!s)
4166                 return 0;
4167
4168         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4169         if (ret == 0)
4170                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4171
4172         return ret;
4173 }
4174 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4175
4176 /*
4177  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4178  */
4179 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4180                 void __user *buffer, size_t *length,
4181                 loff_t *ppos)
4182 {
4183         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4184         int ret;
4185         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4186
4187         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4188         if (write) {
4189                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4190                         ret = -EINVAL;
4191                         goto out;
4192                 }
4193                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4194         }
4195         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4196         if (ret)
4197                 goto out;
4198         if (write) {
4199                 int oldval = user_zonelist_order;
4200
4201                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4202                 if (ret) {
4203                         /*
4204                          * bogus value.  restore saved string
4205                          */
4206                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4207                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4208                         user_zonelist_order = oldval;
4209                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4210                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4211                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4212                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4213                 }
4214         }
4215 out:
4216         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4217         return ret;
4218 }
4219
4220
4221 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4222 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4223
4224 /**
4225  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4226  * @node: node whose fallback list we're appending
4227  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4228  *
4229  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4230  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4231  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4232  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4233  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4234  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4235  * on them otherwise.
4236  * It returns -1 if no node is found.
4237  */
4238 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4239 {
4240         int n, val;
4241         int min_val = INT_MAX;
4242         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4243         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4244
4245         /* Use the local node if we haven't already */
4246         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4247                 node_set(node, *used_node_mask);
4248                 return node;
4249         }
4250
4251         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4252
4253                 /* Don't want a node to appear more than once */
4254                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4255                         continue;
4256
4257                 /* Use the distance array to find the distance */
4258                 val = node_distance(node, n);
4259
4260                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4261                 val += (n < node);
4262
4263                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4264                 tmp = cpumask_of_node(n);
4265                 if (!cpumask_empty(tmp))
4266                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4267
4268                 /* Slight preference for less loaded node */
4269                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4270                 val += node_load[n];
4271
4272                 if (val < min_val) {
4273                         min_val = val;
4274                         best_node = n;
4275                 }
4276         }
4277
4278         if (best_node >= 0)
4279                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4280
4281         return best_node;
4282 }
4283
4284
4285 /*
4286  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4287  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4288  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4289  */
4290 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4291 {
4292         int j;
4293         struct zonelist *zonelist;
4294
4295         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4296         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4297                 ;
4298         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4299         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4300         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4301 }
4302
4303 /*
4304  * Build gfp_thisnode zonelists
4305  */
4306 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4307 {
4308         int j;
4309         struct zonelist *zonelist;
4310
4311         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4312         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4313         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4314         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4315 }
4316
4317 /*
4318  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4319  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4320  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4321  * may still exist in local DMA zone.
4322  */
4323 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4324
4325 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4326 {
4327         int pos, j, node;
4328         int zone_type;          /* needs to be signed */
4329         struct zone *z;
4330         struct zonelist *zonelist;
4331
4332         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4333         pos = 0;
4334         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4335                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4336                         node = node_order[j];
4337                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4338                         if (populated_zone(z)) {
4339                                 zoneref_set_zone(z,
4340                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4341                                 check_highest_zone(zone_type);
4342                         }
4343                 }
4344         }
4345         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4346         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4347 }
4348
4349 #if defined(CONFIG_64BIT)
4350 /*
4351  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4352  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4353  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4354  */
4355 static int default_zonelist_order(void)
4356 {
4357         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4358 }
4359 #else
4360 /*
4361  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4362  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4363  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4364  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4365  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4366  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4367  */
4368 static int default_zonelist_order(void)
4369 {
4370         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4371 }
4372 #endif /* CONFIG_64BIT */
4373
4374 static void set_zonelist_order(void)
4375 {
4376         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4377                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4378         else
4379                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4380 }
4381
4382 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4383 {
4384         int i, node, load;
4385         nodemask_t used_mask;
4386         int local_node, prev_node;
4387         struct zonelist *zonelist;
4388         unsigned int order = current_zonelist_order;
4389
4390         /* initialize zonelists */
4391         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4392                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4393                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4394                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4395         }
4396
4397         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4398         local_node = pgdat->node_id;
4399         load = nr_online_nodes;
4400         prev_node = local_node;
4401         nodes_clear(used_mask);
4402
4403         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4404         i = 0;
4405
4406         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4407                 /*
4408                  * We don't want to pressure a particular node.
4409                  * So adding penalty to the first node in same
4410                  * distance group to make it round-robin.
4411                  */
4412                 if (node_distance(local_node, node) !=
4413                     node_distance(local_node, prev_node))
4414                         node_load[node] = load;
4415
4416                 prev_node = node;
4417                 load--;
4418                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4419                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4420                 else
4421                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4422         }
4423
4424         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4425                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4426                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4427         }
4428
4429         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4430 }
4431
4432 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4433 /*
4434  * Return node id of node used for "local" allocations.
4435  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4436  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4437  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4438  */
4439 int local_memory_node(int node)
4440 {
4441         struct zone *zone;
4442
4443         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4444                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4445                                    NULL,
4446                                    &zone);
4447         return zone->node;
4448 }
4449 #endif
4450
4451 #else   /* CONFIG_NUMA */
4452
4453 static void set_zonelist_order(void)
4454 {
4455         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4456 }
4457
4458 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4459 {
4460         int node, local_node;
4461         enum zone_type j;
4462         struct zonelist *zonelist;
4463
4464         local_node = pgdat->node_id;
4465
4466         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4467         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4468
4469         /*
4470          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4471          * of all the other nodes.
4472          * We don't want to pressure a particular node, so when
4473          * building the zones for node N, we make sure that the
4474          * zones coming right after the local ones are those from
4475          * node N+1 (modulo N)
4476          */
4477         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4478                 if (!node_online(node))
4479                         continue;
4480                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4481         }
4482         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4483                 if (!node_online(node))
4484                         continue;
4485                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4486         }
4487
4488         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4489         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4490 }
4491
4492 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4493
4494 /*
4495  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4496  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4497  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4498  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4499  * with interrupts disabled.
4500  *
4501  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4502  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4503  * hotplugged processors.
4504  *
4505  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4506  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4507  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4508  */
4509 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4510 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4511 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4512
4513 /*
4514  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4515  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4516  */
4517 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4518
4519 /* return values int ....just for stop_machine() */
4520 static int __build_all_zonelists(void *data)
4521 {
4522         int nid;
4523         int cpu;
4524         pg_data_t *self = data;
4525
4526 #ifdef CONFIG_NUMA
4527         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4528 #endif
4529
4530         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4531                 build_zonelists(self);
4532         }
4533
4534         for_each_online_node(nid) {
4535                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4536
4537                 build_zonelists(pgdat);
4538         }
4539
4540         /*
4541          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4542          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4543          * each zone will be allocated later when the per cpu
4544          * allocator is available.
4545          *
4546          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4547          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4548          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4549          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4550          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4551          * (a chicken-egg dilemma).
4552          */
4553         for_each_possible_cpu(cpu) {
4554                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4555
4556 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4557                 /*
4558                  * We now know the "local memory node" for each node--
4559                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4560                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4561                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4562                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4563                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4564                  */
4565                 if (cpu_online(cpu))
4566                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4567 #endif
4568         }
4569
4570         return 0;
4571 }
4572
4573 static noinline void __init
4574 build_all_zonelists_init(void)
4575 {
4576         __build_all_zonelists(NULL);
4577         mminit_verify_zonelist();
4578         cpuset_init_current_mems_allowed();
4579 }
4580
4581 /*
4582  * Called with zonelists_mutex held always
4583  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4584  *
4585  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4586  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4587  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4588  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4589  */
4590 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4591 {
4592         set_zonelist_order();
4593
4594         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4595                 build_all_zonelists_init();
4596         } else {
4597 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4598                 if (zone)
4599                         setup_zone_pageset(zone);
4600 #endif
4601                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4602                    of zonelist */
4603                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4604                 /* cpuset refresh routine should be here */
4605         }
4606         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4607         /*
4608          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4609          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4610          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4611          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4612          * disabled and enable it later
4613          */
4614         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4615                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4616         else
4617                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4618
4619         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
4620                 "Total pages: %ld\n",
4621                         nr_online_nodes,
4622                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4623                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4624                         vm_total_pages);
4625 #ifdef CONFIG_NUMA
4626         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4627 #endif
4628 }
4629
4630 /*
4631  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4632  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4633  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4634  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4635  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4636  * conservative, even though it seems large.
4637  *
4638  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4639  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4640  */
4641 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4642
4643 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4644 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4645 {
4646         unsigned long size = 1;
4647
4648         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4649
4650         while (size < pages)
4651                 size <<= 1;
4652
4653         /*
4654          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4655          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4656          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4657          */
4658         size = min(size, 4096UL);
4659
4660         return max(size, 4UL);
4661 }
4662 #else
4663 /*
4664  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4665  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4666  *
4667  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4668  *
4669  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4670  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4671  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4672  *
4673  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4674  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4675  *
4676  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4677  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4678  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4679  */
4680 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4681 {
4682         return 4096UL;
4683 }
4684 #endif
4685
4686 /*
4687  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4688  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4689  * hash function before the remainder is taken.
4690  */
4691 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4692 {
4693         return ffz(~size);
4694 }
4695
4696 /*
4697  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4698  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4699  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4700  */
4701 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4702                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4703 {
4704         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
4705         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4706         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4707         unsigned long pfn;
4708         unsigned long nr_initialised = 0;
4709 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4710         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
4711 #endif
4712
4713         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4714                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4715
4716         /*
4717          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
4718          * memory
4719          */
4720         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
4721                 start_pfn += altmap->reserve;
4722
4723         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4724                 /*
4725                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
4726                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
4727                  */
4728                 if (context != MEMMAP_EARLY)
4729                         goto not_early;
4730
4731                 if (!early_pfn_valid(pfn))
4732                         continue;
4733                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4734                         continue;
4735                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
4736                         break;
4737
4738 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4739                 /*
4740                  * If not mirrored_kernelcore and ZONE_MOVABLE exists, range
4741                  * from zone_movable_pfn[nid] to end of each node should be
4742                  * ZONE_MOVABLE not ZONE_NORMAL. skip it.
4743                  */
4744                 if (!mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid])
4745                         if (zone == ZONE_NORMAL && pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4746                                 continue;
4747
4748                 /*
4749                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
4750                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
4751                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
4752                  */
4753                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
4754                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
4755                                 for_each_memblock(memory, tmp)
4756                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
4757                                                 break;
4758                                 r = tmp;
4759                         }
4760                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
4761                             memblock_is_mirror(r)) {
4762                                 /* already initialized as NORMAL */
4763                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
4764                                 continue;
4765                         }
4766                 }
4767 #endif
4768
4769 not_early:
4770                 /*
4771                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4772                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4773                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4774                  * the address space during boot when many long-lived
4775                  * kernel allocations are made.
4776                  *
4777                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4778                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4779                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4780                  * pfn out of zone.
4781                  */
4782                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4783                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4784
4785                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4786                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4787                 } else {
4788                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4789                 }
4790         }
4791 }
4792
4793 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4794 {
4795         unsigned int order, t;
4796         for_each_migratetype_order(order, t) {
4797                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4798                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4799         }
4800 }
4801
4802 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4803 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4804         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4805 #endif
4806
4807 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4808 {
4809 #ifdef CONFIG_MMU
4810         int batch;
4811
4812         /*
4813          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4814          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4815          *
4816          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4817          */
4818         batch = zone->managed_pages / 1024;
4819         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4820                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4821         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4822         if (batch < 1)
4823                 batch = 1;
4824
4825         /*
4826          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4827          * of 2 value was found to be more likely to have
4828          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4829          *
4830          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4831          * batches of pages, one task can end up with a lot
4832          * of pages of one half of the possible page colors
4833          * and the other with pages of the other colors.
4834          */
4835         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4836
4837         return batch;
4838
4839 #else
4840         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4841          * conditions.
4842          *
4843          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4844          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4845          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4846          *
4847          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4848          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4849          * can be a significant delay between the individual batches being
4850          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4851          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4852          */
4853         return 0;
4854 #endif
4855 }
4856
4857 /*
4858  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4859  * ->batch must never be higher then ->high.
4860  * The following function updates them in a safe manner without read side
4861  * locking.
4862  *
4863  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4864  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4865  *
4866  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4867  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4868  * exist).
4869  */
4870 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4871                 unsigned long batch)
4872 {
4873        /* start with a fail safe value for batch */
4874         pcp->batch = 1;
4875         smp_wmb();
4876
4877        /* Update high, then batch, in order */
4878         pcp->high = high;
4879         smp_wmb();
4880
4881         pcp->batch = batch;
4882 }
4883
4884 /* a companion to pageset_set_high() */
4885 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4886 {
4887         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4888 }
4889
4890 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4891 {
4892         struct per_cpu_pages *pcp;
4893         int migratetype;
4894
4895         memset(p, 0, sizeof(*p));
4896
4897         pcp = &p->pcp;
4898         pcp->count = 0;
4899         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4900                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4901 }
4902
4903 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4904 {
4905         pageset_init(p);
4906         pageset_set_batch(p, batch);
4907 }
4908
4909 /*
4910  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4911  * to the value high for the pageset p.
4912  */
4913 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4914                                 unsigned long high)
4915 {
4916         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4917         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4918                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4919
4920         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4921 }
4922
4923 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4924                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4925 {
4926         if (percpu_pagelist_fraction)
4927                 pageset_set_high(pcp,
4928                         (zone->managed_pages /
4929                                 percpu_pagelist_fraction));
4930         else
4931                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4932 }
4933
4934 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4935 {
4936         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4937
4938         pageset_init(pcp);
4939         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4940 }
4941
4942 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4943 {
4944         int cpu;
4945         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4946         for_each_possible_cpu(cpu)
4947                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4948 }
4949
4950 /*
4951  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4952  * Before this call only boot pagesets were available.
4953  */
4954 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4955 {
4956         struct zone *zone;
4957
4958         for_each_populated_zone(zone)
4959                 setup_zone_pageset(zone);
4960 }
4961
4962 static noinline __init_refok
4963 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4964 {
4965         int i;
4966         size_t alloc_size;
4967
4968         /*
4969          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4970          * per zone.
4971          */
4972         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4973                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4974         zone->wait_table_bits =
4975                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4976         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4977                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4978
4979         if (!slab_is_available()) {
4980                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4981                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4982                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4983         } else {
4984                 /*
4985                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4986                  * via memory hot-add.
4987                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4988                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4989                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4990                  * node itself as well.
4991                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4992                  * necessary.
4993                  */
4994                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4995         }
4996         if (!zone->wait_table)
4997                 return -ENOMEM;
4998
4999         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
5000                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
5001
5002         return 0;
5003 }
5004
5005 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5006 {
5007         /*
5008          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5009          * relies on the ability of the linker to provide the
5010          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5011          */
5012         zone->pageset = &boot_pageset;
5013
5014         if (populated_zone(zone))
5015                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5016                         zone->name, zone->present_pages,
5017                                          zone_batchsize(zone));
5018 }
5019
5020 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5021                                         unsigned long zone_start_pfn,
5022                                         unsigned long size)
5023 {
5024         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5025         int ret;
5026         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5027         if (ret)
5028                 return ret;
5029         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5030
5031         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5032
5033         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5034                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5035                         pgdat->node_id,
5036                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5037                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5038
5039         zone_init_free_lists(zone);
5040
5041         return 0;
5042 }
5043
5044 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5045 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5046
5047 /*
5048  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5049  */
5050 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5051                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5052 {
5053         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5054         int nid;
5055
5056         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5057                 return state->last_nid;
5058
5059         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5060         if (nid != -1) {
5061                 state->last_start = start_pfn;
5062                 state->last_end = end_pfn;
5063                 state->last_nid = nid;
5064         }
5065
5066         return nid;
5067 }
5068 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5069
5070 /**
5071  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5072  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5073  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5074  *
5075  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5076  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5077  * memblock_free_early_nid() manually.
5078  */
5079 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5080 {
5081         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5082         int i, this_nid;
5083
5084         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5085                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5086                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5087
5088                 if (start_pfn < end_pfn)
5089                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5090                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5091                                         this_nid);
5092         }
5093 }
5094
5095 /**
5096  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5097  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5098  *
5099  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5100  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5101  */
5102 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5103 {
5104         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5105         int i, this_nid;
5106
5107         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5108                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5109 }
5110
5111 /**
5112  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5113  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5114  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5115  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5116  *
5117  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5118  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5119  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5120  * PFNs will be 0.
5121  */
5122 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5123                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5124 {
5125         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5126         int i;
5127
5128         *start_pfn = -1UL;
5129         *end_pfn = 0;
5130
5131         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5132                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5133                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5134         }
5135
5136         if (*start_pfn == -1UL)
5137                 *start_pfn = 0;
5138 }
5139
5140 /*
5141  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5142  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5143  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5144  */
5145 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5146 {
5147         int zone_index;
5148         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5149                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5150                         continue;
5151
5152                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5153                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5154                         break;
5155         }
5156
5157         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5158         movable_zone = zone_index;
5159 }
5160
5161 /*
5162  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5163  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5164  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5165  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5166  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5167  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5168  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5169  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5170  */
5171 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5172                                         unsigned long zone_type,
5173                                         unsigned long node_start_pfn,
5174                                         unsigned long node_end_pfn,
5175                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5176                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5177 {
5178         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5179         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5180                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5181                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5182                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5183                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5184                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5185
5186                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5187                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5188                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5189         }
5190 }
5191
5192 /*
5193  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5194  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5195  */
5196 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5197                                         unsigned long zone_type,
5198                                         unsigned long node_start_pfn,
5199                                         unsigned long node_end_pfn,
5200                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5201                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5202                                         unsigned long *ignored)
5203 {
5204         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5205         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5206                 return 0;
5207
5208         /* Get the start and end of the zone */
5209         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5210         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5211         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5212                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5213                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5214
5215         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5216         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5217                 return 0;
5218
5219         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5220         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5221         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5222
5223         /* Return the spanned pages */
5224         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5225 }
5226
5227 /*
5228  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5229  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5230  */
5231 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5232                                 unsigned long range_start_pfn,
5233                                 unsigned long range_end_pfn)
5234 {
5235         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5236         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5237         int i;
5238
5239         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5240                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5241                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5242                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5243         }
5244         return nr_absent;
5245 }
5246
5247 /**
5248  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5249  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5250  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5251  *
5252  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5253  */
5254 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5255                                                         unsigned long end_pfn)
5256 {
5257         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5258 }
5259
5260 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5261 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5262                                         unsigned long zone_type,
5263                                         unsigned long node_start_pfn,
5264                                         unsigned long node_end_pfn,
5265                                         unsigned long *ignored)
5266 {
5267         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5268         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5269         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5270         unsigned long nr_absent;
5271
5272         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5273         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5274                 return 0;
5275
5276         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5277         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5278
5279         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5280                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5281                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5282         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5283
5284         /*
5285          * ZONE_MOVABLE handling.
5286          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5287          * and vice versa.
5288          */
5289         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5290                 if (mirrored_kernelcore) {
5291                         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5292                         struct memblock_region *r;
5293
5294                         for_each_memblock(memory, r) {
5295                                 start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5296                                                   zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5297                                 end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5298                                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5299
5300                                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5301                                     memblock_is_mirror(r))
5302                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5303
5304                                 if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5305                                     !memblock_is_mirror(r))
5306                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5307                         }
5308                 } else {
5309                         if (zone_type == ZONE_NORMAL)
5310                                 nr_absent += node_end_pfn - zone_movable_pfn[nid];
5311                 }
5312         }
5313
5314         return nr_absent;
5315 }
5316
5317 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5318 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5319                                         unsigned long zone_type,
5320                                         unsigned long node_start_pfn,
5321                                         unsigned long node_end_pfn,
5322                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5323                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5324                                         unsigned long *zones_size)
5325 {
5326         unsigned int zone;
5327
5328         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5329         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5330                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5331
5332         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5333
5334         return zones_size[zone_type];
5335 }
5336
5337 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5338                                                 unsigned long zone_type,
5339                                                 unsigned long node_start_pfn,
5340                                                 unsigned long node_end_pfn,
5341                                                 unsigned long *zholes_size)
5342 {
5343         if (!zholes_size)
5344                 return 0;
5345
5346         return zholes_size[zone_type];
5347 }
5348
5349 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5350
5351 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5352                                                 unsigned long node_start_pfn,
5353                                                 unsigned long node_end_pfn,
5354                                                 unsigned long *zones_size,
5355                                                 unsigned long *zholes_size)
5356 {
5357         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5358         enum zone_type i;
5359
5360         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5361                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5362                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5363                 unsigned long size, real_size;
5364
5365                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5366                                                   node_start_pfn,
5367                                                   node_end_pfn,
5368                                                   &zone_start_pfn,
5369                                                   &zone_end_pfn,
5370                                                   zones_size);
5371                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5372                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5373                                                   zholes_size);
5374                 if (size)
5375                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5376                 else
5377                         zone->zone_start_pfn = 0;
5378                 zone->spanned_pages = size;
5379                 zone->present_pages = real_size;
5380
5381                 totalpages += size;
5382                 realtotalpages += real_size;
5383         }
5384
5385         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5386         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5387         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5388                                                         realtotalpages);
5389 }
5390
5391 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5392 /*
5393  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5394  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5395  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5396  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5397  * bytes.
5398  */
5399 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5400 {
5401         unsigned long usemapsize;
5402
5403         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5404         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5405         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5406         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5407         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5408
5409         return usemapsize / 8;
5410 }
5411
5412 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5413                                 struct zone *zone,
5414                                 unsigned long zone_start_pfn,
5415                                 unsigned long zonesize)
5416 {
5417         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5418         zone->pageblock_flags = NULL;
5419         if (usemapsize)
5420                 zone->pageblock_flags =
5421                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5422                                                          pgdat->node_id);
5423 }
5424 #else
5425 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5426                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5427 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5428
5429 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5430
5431 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5432 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5433 {
5434         unsigned int order;
5435
5436         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5437         if (pageblock_order)
5438                 return;
5439
5440         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5441                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5442         else
5443                 order = MAX_ORDER - 1;
5444
5445         /*
5446          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5447          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5448          * powerpc.
5449          */
5450         pageblock_order = order;
5451 }
5452 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5453
5454 /*
5455  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5456  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5457  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5458  * the kernel config
5459  */
5460 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5461 {
5462 }
5463
5464 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5465
5466 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5467                                                    unsigned long present_pages)
5468 {
5469         unsigned long pages = spanned_pages;
5470
5471         /*
5472          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5473          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5474          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5475          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5476          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5477          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5478          */
5479         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5480             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5481                 pages = present_pages;
5482
5483         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5484 }
5485
5486 /*
5487  * Set up the zone data structures:
5488  *   - mark all pages reserved
5489  *   - mark all memory queues empty
5490  *   - clear the memory bitmaps
5491  *
5492  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5493  */
5494 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5495 {
5496         enum zone_type j;
5497         int nid = pgdat->node_id;
5498         int ret;
5499
5500         pgdat_resize_init(pgdat);
5501 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5502         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5503         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5504         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5505 #endif
5506 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5507         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5508         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5509         pgdat->split_queue_len = 0;
5510 #endif
5511         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5512         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5513 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5514         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5515 #endif
5516         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5517
5518         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5519                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5520                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5521                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5522
5523                 size = zone->spanned_pages;
5524                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5525
5526                 /*
5527                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5528                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5529                  * and per-cpu initialisations
5530                  */
5531                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5532                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5533                         if (freesize >= memmap_pages) {
5534                                 freesize -= memmap_pages;
5535                                 if (memmap_pages)
5536                                         printk(KERN_DEBUG
5537                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5538                                                zone_names[j], memmap_pages);
5539                         } else
5540                                 printk(KERN_WARNING
5541                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5542                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5543                 }
5544
5545                 /* Account for reserved pages */
5546                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5547                         freesize -= dma_reserve;
5548                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5549                                         zone_names[0], dma_reserve);
5550                 }
5551
5552                 if (!is_highmem_idx(j))
5553                         nr_kernel_pages += freesize;
5554                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5555                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5556                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5557                 nr_all_pages += freesize;
5558
5559                 /*
5560                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5561                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5562                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5563                  */
5564                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5565 #ifdef CONFIG_NUMA
5566                 zone->node = nid;
5567                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5568                                                 / 100;
5569                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5570 #endif
5571                 zone->name = zone_names[j];
5572                 spin_lock_init(&zone->lock);
5573                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5574                 zone_seqlock_init(zone);
5575                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5576                 zone_pcp_init(zone);
5577
5578                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5579                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5580
5581                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5582                 if (!size)
5583                         continue;
5584
5585                 set_pageblock_order();
5586                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5587                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5588                 BUG_ON(ret);
5589                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5590         }
5591 }
5592
5593 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5594 {
5595         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5596         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5597
5598         /* Skip empty nodes */
5599         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5600                 return;
5601
5602 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5603         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5604         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5605         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5606         if (!pgdat->node_mem_map) {
5607                 unsigned long size, end;
5608                 struct page *map;
5609
5610                 /*
5611                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5612                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5613                  * for the buddy allocator to function correctly.
5614                  */
5615                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5616                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5617                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5618                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5619                 if (!map)
5620                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5621                                                                pgdat->node_id);
5622                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5623         }
5624 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5625         /*
5626          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5627          */
5628         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5629                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5630 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5631                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5632                         mem_map -= offset;
5633 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5634         }
5635 #endif
5636 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5637 }
5638
5639 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5640                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5641 {
5642         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5643         unsigned long start_pfn = 0;
5644         unsigned long end_pfn = 0;
5645
5646         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5647         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5648
5649         reset_deferred_meminit(pgdat);
5650         pgdat->node_id = nid;
5651         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5652 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5653         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5654         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5655                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5656                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5657 #else
5658         start_pfn = node_start_pfn;
5659 #endif
5660         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5661                                   zones_size, zholes_size);
5662
5663         alloc_node_mem_map(pgdat);
5664 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5665         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5666                 nid, (unsigned long)pgdat,
5667                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5668 #endif
5669
5670         free_area_init_core(pgdat);
5671 }
5672
5673 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5674
5675 #if MAX_NUMNODES > 1
5676 /*
5677  * Figure out the number of possible node ids.
5678  */
5679 void __init setup_nr_node_ids(void)
5680 {
5681         unsigned int highest;
5682
5683         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5684         nr_node_ids = highest + 1;
5685 }
5686 #endif
5687
5688 /**
5689  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5690  *
5691  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5692  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5693  * all the nodes.
5694  *
5695  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5696  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5697  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5698  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5699  *
5700  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5701  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5702  * populated node map.
5703  *
5704  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5705  * requirement (single node).
5706  */
5707 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5708 {
5709         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5710         unsigned long start, end, mask;
5711         int last_nid = -1;
5712         int i, nid;
5713
5714         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5715                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5716                         last_nid = nid;
5717                         last_end = end;
5718                         continue;
5719                 }
5720
5721                 /*
5722                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5723                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5724                  * too coarse to separate the current node from the last.
5725                  */
5726                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5727                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5728                         mask <<= 1;
5729
5730                 /* accumulate all internode masks */
5731                 accl_mask |= mask;
5732         }
5733
5734         /* convert mask to number of pages */
5735         return ~accl_mask + 1;
5736 }
5737
5738 /* Find the lowest pfn for a node */
5739 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5740 {
5741         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5742         unsigned long start_pfn;
5743         int i;
5744
5745         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5746                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5747
5748         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5749                 printk(KERN_WARNING
5750                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5751                 return 0;
5752         }
5753
5754         return min_pfn;
5755 }
5756
5757 /**
5758  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5759  *
5760  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5761  * memblock_set_node().
5762  */
5763 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5764 {
5765         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5766 }
5767
5768 /*
5769  * early_calculate_totalpages()
5770  * Sum pages in active regions for movable zone.
5771  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5772  */
5773 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5774 {
5775         unsigned long totalpages = 0;
5776         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5777         int i, nid;
5778
5779         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5780                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5781
5782                 totalpages += pages;
5783                 if (pages)
5784                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5785         }
5786         return totalpages;
5787 }
5788
5789 /*
5790  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5791  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5792  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5793  * others
5794  */
5795 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5796 {
5797         int i, nid;
5798         unsigned long usable_startpfn;
5799         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5800         /* save the state before borrow the nodemask */
5801         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5802         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5803         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5804         struct memblock_region *r;
5805
5806         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5807         find_usable_zone_for_movable();
5808
5809         /*
5810          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5811          * options.
5812          */
5813         if (movable_node_is_enabled()) {
5814                 for_each_memblock(memory, r) {
5815                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5816                                 continue;
5817
5818                         nid = r->nid;
5819
5820                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5821                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5822                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5823                                 usable_startpfn;
5824                 }
5825
5826                 goto out2;
5827         }
5828
5829         /*
5830          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
5831          */
5832         if (mirrored_kernelcore) {
5833                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
5834
5835                 for_each_memblock(memory, r) {
5836                         if (memblock_is_mirror(r))
5837                                 continue;
5838
5839                         nid = r->nid;
5840
5841                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
5842
5843                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
5844                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
5845                                 continue;
5846                         }
5847
5848                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5849                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5850                                 usable_startpfn;
5851                 }
5852
5853                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
5854                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
5855
5856                 goto out2;
5857         }
5858
5859         /*
5860          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5861          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5862          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5863          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5864          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5865          * what movablecore would have allowed.
5866          */
5867         if (required_movablecore) {
5868                 unsigned long corepages;
5869
5870                 /*
5871                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5872                  * was requested by the user
5873                  */
5874                 required_movablecore =
5875                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5876                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
5877                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5878
5879                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5880         }
5881
5882         /*
5883          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
5884          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
5885          */
5886         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
5887                 goto out;
5888
5889         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5890         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5891
5892 restart:
5893         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5894         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5895         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5896                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5897
5898                 /*
5899                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5900                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5901                  * amount of memory for the kernel
5902                  */
5903                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5904                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5905
5906                 /*
5907                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5908                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5909                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5910                  */
5911                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5912
5913                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5914                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5915                         unsigned long size_pages;
5916
5917                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5918                         if (start_pfn >= end_pfn)
5919                                 continue;
5920
5921                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5922                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5923                                 unsigned long kernel_pages;
5924                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5925                                                                 - start_pfn;
5926
5927                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5928                                                         kernelcore_remaining);
5929                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5930                                                         required_kernelcore);
5931
5932                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5933                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5934
5935                                         /*
5936                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5937                                          * that if we have to rebalance
5938                                          * kernelcore across nodes, we will
5939                                          * not double account here
5940                                          */
5941                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5942                                         continue;
5943                                 }
5944                                 start_pfn = usable_startpfn;
5945                         }
5946
5947                         /*
5948                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5949                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5950                          * number of pages used as kernelcore
5951                          */
5952                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5953                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5954                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5955                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5956
5957                         /*
5958                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5959                          * break if the kernelcore for this node has been
5960                          * satisfied
5961                          */
5962                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5963                                                                 size_pages);
5964                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5965                         if (!kernelcore_remaining)
5966                                 break;
5967                 }
5968         }
5969
5970         /*
5971          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5972          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5973          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5974          * satisfied
5975          */
5976         usable_nodes--;
5977         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5978                 goto restart;
5979
5980 out2:
5981         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5982         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5983                 zone_movable_pfn[nid] =
5984                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5985
5986 out:
5987         /* restore the node_state */
5988         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5989 }
5990
5991 /* Any regular or high memory on that node ? */
5992 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5993 {
5994         enum zone_type zone_type;
5995
5996         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5997                 return;
5998
5999         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6000                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6001                 if (populated_zone(zone)) {
6002                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6003                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6004                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6005                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6006                         break;
6007                 }
6008         }
6009 }
6010
6011 /**
6012  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6013  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6014  *
6015  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6016  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6017  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6018  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6019  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6020  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6021  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6022  * at arch_max_dma_pfn.
6023  */
6024 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6025 {
6026         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6027         int i, nid;
6028
6029         /* Record where the zone boundaries are */
6030         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6031                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6032         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6033                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6034         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
6035         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
6036         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6037                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6038                         continue;
6039                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
6040                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
6041                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
6042                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
6043         }
6044         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6045         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6046
6047         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6048         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6049         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6050
6051         /* Print out the zone ranges */
6052         pr_info("Zone ranges:\n");
6053         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6054                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6055                         continue;
6056                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6057                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6058                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6059                         pr_cont("empty\n");
6060                 else
6061                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6062                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6063                                         << PAGE_SHIFT,
6064                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6065                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6066         }
6067
6068         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6069         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6070         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6071                 if (zone_movable_pfn[i])
6072                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6073                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6074         }
6075
6076         /* Print out the early node map */
6077         pr_info("Early memory node ranges\n");
6078         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6079                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6080                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6081                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6082
6083         /* Initialise every node */
6084         mminit_verify_pageflags_layout();
6085         setup_nr_node_ids();
6086         for_each_online_node(nid) {
6087                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6088                 free_area_init_node(nid, NULL,
6089                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6090
6091                 /* Any memory on that node */
6092                 if (pgdat->node_present_pages)
6093                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6094                 check_for_memory(pgdat, nid);
6095         }
6096 }
6097
6098 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6099 {
6100         unsigned long long coremem;
6101         if (!p)
6102                 return -EINVAL;
6103
6104         coremem = memparse(p, &p);
6105         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6106
6107         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6108         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6109
6110         return 0;
6111 }
6112
6113 /*
6114  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6115  * cannot be reclaimed or migrated.
6116  */
6117 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6118 {
6119         /* parse kernelcore=mirror */
6120         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6121                 mirrored_kernelcore = true;
6122                 return 0;
6123         }
6124
6125         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6126 }
6127
6128 /*
6129  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6130  * can be reclaimed or migrated.
6131  */
6132 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6133 {
6134         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6135 }
6136
6137 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6138 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6139
6140 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6141
6142 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6143 {
6144         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6145         page_zone(page)->managed_pages += count;
6146         totalram_pages += count;
6147 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6148         if (PageHighMem(page))
6149                 totalhigh_pages += count;
6150 #endif
6151         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6152 }
6153 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6154
6155 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6156 {
6157         void *pos;
6158         unsigned long pages = 0;
6159
6160         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6161         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6162         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6163                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6164                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6165                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6166         }
6167
6168         if (pages && s)
6169                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6170                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6171
6172         return pages;
6173 }
6174 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6175
6176 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6177 void free_highmem_page(struct page *page)
6178 {
6179         __free_reserved_page(page);
6180         totalram_pages++;
6181         page_zone(page)->managed_pages++;
6182         totalhigh_pages++;
6183 }
6184 #endif
6185
6186
6187 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6188 {
6189         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6190         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6191
6192         physpages = get_num_physpages();
6193         codesize = _etext - _stext;
6194         datasize = _edata - _sdata;
6195         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6196         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6197         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6198         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6199
6200         /*
6201          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6202          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6203          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6204          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6205          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6206          */
6207 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6208         do { \
6209                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6210                         size -= adj; \
6211         } while (0)
6212
6213         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6214                      _sinittext, init_code_size);
6215         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6216         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6217         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6218         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6219
6220 #undef  adj_init_size
6221
6222         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
6223                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
6224                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6225 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6226                ", %luK highmem"
6227 #endif
6228                "%s%s)\n",
6229                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
6230                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6231                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6232                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
6233                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
6234 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6235                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
6236 #endif
6237                str ? ", " : "", str ? str : "");
6238 }
6239
6240 /**
6241  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6242  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6243  *
6244  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6245  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6246  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6247  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6248  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6249  * smaller per-cpu batchsize.
6250  */
6251 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6252 {
6253         dma_reserve = new_dma_reserve;
6254 }
6255
6256 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6257 {
6258         free_area_init_node(0, zones_size,
6259                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6260 }
6261
6262 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6263                                  unsigned long action, void *hcpu)
6264 {
6265         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6266
6267         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6268                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6269                 drain_pages(cpu);
6270
6271                 /*
6272                  * Spill the event counters of the dead processor
6273                  * into the current processors event counters.
6274                  * This artificially elevates the count of the current
6275                  * processor.
6276                  */
6277                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6278
6279                 /*
6280                  * Zero the differential counters of the dead processor
6281                  * so that the vm statistics are consistent.
6282                  *
6283                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6284                  * race with what we are doing.
6285                  */
6286                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6287         }
6288         return NOTIFY_OK;
6289 }
6290
6291 void __init page_alloc_init(void)
6292 {
6293         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6294 }
6295
6296 /*
6297  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6298  *      or min_free_kbytes changes.
6299  */
6300 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6301 {
6302         struct pglist_data *pgdat;
6303         unsigned long reserve_pages = 0;
6304         enum zone_type i, j;
6305
6306         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6307                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6308                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6309                         long max = 0;
6310
6311                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6312                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6313                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6314                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6315                         }
6316
6317                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6318                         max += high_wmark_pages(zone);
6319
6320                         if (max > zone->managed_pages)
6321                                 max = zone->managed_pages;
6322
6323                         zone->totalreserve_pages = max;
6324
6325                         reserve_pages += max;
6326                 }
6327         }
6328         totalreserve_pages = reserve_pages;
6329 }
6330
6331 /*
6332  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6333  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6334  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6335  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6336  */
6337 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6338 {
6339         struct pglist_data *pgdat;
6340         enum zone_type j, idx;
6341
6342         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6343                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6344                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6345                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6346
6347                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6348
6349                         idx = j;
6350                         while (idx) {
6351                                 struct zone *lower_zone;
6352
6353                                 idx--;
6354
6355                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6356                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6357
6358                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6359                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6360                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6361                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6362                         }
6363                 }
6364         }
6365
6366         /* update totalreserve_pages */
6367         calculate_totalreserve_pages();
6368 }
6369
6370 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6371 {
6372         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6373         unsigned long lowmem_pages = 0;
6374         struct zone *zone;
6375         unsigned long flags;
6376
6377         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6378         for_each_zone(zone) {
6379                 if (!is_highmem(zone))
6380                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6381         }
6382
6383         for_each_zone(zone) {
6384                 u64 tmp;
6385
6386                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6387                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6388                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6389                 if (is_highmem(zone)) {
6390                         /*
6391                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6392                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6393                          * value here.
6394                          *
6395                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6396                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6397                          * not be capped for highmem.
6398                          */
6399                         unsigned long min_pages;
6400
6401                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6402                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6403                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6404                 } else {
6405                         /*
6406                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6407                          * proportionate to the zone's size.
6408                          */
6409                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6410                 }
6411
6412                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
6413                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
6414
6415                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6416                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6417                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6418
6419                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6420         }
6421
6422         /* update totalreserve_pages */
6423         calculate_totalreserve_pages();
6424 }
6425
6426 /**
6427  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6428  * or when memory is hot-{added|removed}
6429  *
6430  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6431  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6432  */
6433 void setup_per_zone_wmarks(void)
6434 {
6435         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6436         __setup_per_zone_wmarks();
6437         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6438 }
6439
6440 /*
6441  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6442  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6443  * to be referenced again before it is swapped out.
6444  *
6445  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6446  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6447  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6448  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6449  *
6450  * total     target    max
6451  * memory    ratio     inactive anon
6452  * -------------------------------------
6453  *   10MB       1         5MB
6454  *  100MB       1        50MB
6455  *    1GB       3       250MB
6456  *   10GB      10       0.9GB
6457  *  100GB      31         3GB
6458  *    1TB     101        10GB
6459  *   10TB     320        32GB
6460  */
6461 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6462 {
6463         unsigned int gb, ratio;
6464
6465         /* Zone size in gigabytes */
6466         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6467         if (gb)
6468                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6469         else
6470                 ratio = 1;
6471
6472         zone->inactive_ratio = ratio;
6473 }
6474
6475 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6476 {
6477         struct zone *zone;
6478
6479         for_each_zone(zone)
6480                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6481 }
6482
6483 /*
6484  * Initialise min_free_kbytes.
6485  *
6486  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6487  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6488  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6489  *
6490  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6491  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6492  *
6493  * which yields
6494  *
6495  * 16MB:        512k
6496  * 32MB:        724k
6497  * 64MB:        1024k
6498  * 128MB:       1448k
6499  * 256MB:       2048k
6500  * 512MB:       2896k
6501  * 1024MB:      4096k
6502  * 2048MB:      5792k
6503  * 4096MB:      8192k
6504  * 8192MB:      11584k
6505  * 16384MB:     16384k
6506  */
6507 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6508 {
6509         unsigned long lowmem_kbytes;
6510         int new_min_free_kbytes;
6511
6512         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6513         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6514
6515         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6516                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6517                 if (min_free_kbytes < 128)
6518                         min_free_kbytes = 128;
6519                 if (min_free_kbytes > 65536)
6520                         min_free_kbytes = 65536;
6521         } else {
6522                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6523                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6524         }
6525         setup_per_zone_wmarks();
6526         refresh_zone_stat_thresholds();
6527         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6528         setup_per_zone_inactive_ratio();
6529         return 0;
6530 }
6531 module_init(init_per_zone_wmark_min)
6532
6533 /*
6534  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6535  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6536  *      changes.
6537  */
6538 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6539         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6540 {
6541         int rc;
6542
6543         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6544         if (rc)
6545                 return rc;
6546
6547         if (write) {
6548                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6549                 setup_per_zone_wmarks();
6550         }
6551         return 0;
6552 }
6553
6554 #ifdef CONFIG_NUMA
6555 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6556         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6557 {
6558         struct zone *zone;
6559         int rc;
6560
6561         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6562         if (rc)
6563                 return rc;
6564
6565         for_each_zone(zone)
6566                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6567                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6568         return 0;
6569 }
6570
6571 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6572         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6573 {
6574         struct zone *zone;
6575         int rc;
6576
6577         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6578         if (rc)
6579                 return rc;
6580
6581         for_each_zone(zone)
6582                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6583                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6584         return 0;
6585 }
6586 #endif
6587
6588 /*
6589  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6590  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6591  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6592  *
6593  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6594  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6595  * if in function of the boot time zone sizes.
6596  */
6597 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6598         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6599 {
6600         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6601         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6602         return 0;
6603 }
6604
6605 /*
6606  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6607  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6608  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6609  */
6610 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6611         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6612 {
6613         struct zone *zone;
6614         int old_percpu_pagelist_fraction;
6615         int ret;
6616
6617         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6618         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6619
6620         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6621         if (!write || ret < 0)
6622                 goto out;
6623
6624         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6625         if (percpu_pagelist_fraction &&
6626             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6627                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6628                 ret = -EINVAL;
6629                 goto out;
6630         }
6631
6632         /* No change? */
6633         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6634                 goto out;
6635
6636         for_each_populated_zone(zone) {
6637                 unsigned int cpu;
6638
6639                 for_each_possible_cpu(cpu)
6640                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6641                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6642         }
6643 out:
6644         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6645         return ret;
6646 }
6647
6648 #ifdef CONFIG_NUMA
6649 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6650
6651 static int __init set_hashdist(char *str)
6652 {
6653         if (!str)
6654                 return 0;
6655         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6656         return 1;
6657 }
6658 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6659 #endif
6660
6661 /*
6662  * allocate a large system hash table from bootmem
6663  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6664  *   quantity of entries
6665  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6666  */
6667 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6668                                      unsigned long bucketsize,
6669                                      unsigned long numentries,
6670                                      int scale,
6671                                      int flags,
6672                                      unsigned int *_hash_shift,
6673                                      unsigned int *_hash_mask,
6674                                      unsigned long low_limit,
6675                                      unsigned long high_limit)
6676 {
6677         unsigned long long max = high_limit;
6678         unsigned long log2qty, size;
6679         void *table = NULL;
6680
6681         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6682         if (!numentries) {
6683                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6684                 numentries = nr_kernel_pages;
6685
6686                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6687                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6688                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6689
6690                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6691                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6692                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6693                 else
6694                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6695
6696                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6697                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6698                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6699                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6700                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6701                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6702                                 BUG_ON(!numentries);
6703                         }
6704                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6705                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6706         }
6707         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6708
6709         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6710         if (max == 0) {
6711                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6712                 do_div(max, bucketsize);
6713         }
6714         max = min(max, 0x80000000ULL);
6715
6716         if (numentries < low_limit)
6717                 numentries = low_limit;
6718         if (numentries > max)
6719                 numentries = max;
6720
6721         log2qty = ilog2(numentries);
6722
6723         do {
6724                 size = bucketsize << log2qty;
6725                 if (flags & HASH_EARLY)
6726                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6727                 else if (hashdist)
6728                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6729                 else {
6730                         /*
6731                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6732                          * some pages at the end of hash table which
6733                          * alloc_pages_exact() automatically does
6734                          */
6735                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6736                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6737                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6738                         }
6739                 }
6740         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6741
6742         if (!table)
6743                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6744
6745         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6746                tablename,
6747                (1UL << log2qty),
6748                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6749                size);
6750
6751         if (_hash_shift)
6752                 *_hash_shift = log2qty;
6753         if (_hash_mask)
6754                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6755
6756         return table;
6757 }
6758
6759 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6760 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6761                                                         unsigned long pfn)
6762 {
6763 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6764         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6765 #else
6766         return zone->pageblock_flags;
6767 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6768 }
6769
6770 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6771 {
6772 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6773         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6774         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6775 #else
6776         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6777         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6778 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6779 }
6780
6781 /**
6782  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6783  * @page: The page within the block of interest
6784  * @pfn: The target page frame number
6785  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6786  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6787  *
6788  * Return: pageblock_bits flags
6789  */
6790 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6791                                         unsigned long end_bitidx,
6792                                         unsigned long mask)
6793 {
6794         struct zone *zone;
6795         unsigned long *bitmap;
6796         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6797         unsigned long word;
6798
6799         zone = page_zone(page);
6800         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6801         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6802         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6803         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6804
6805         word = bitmap[word_bitidx];
6806         bitidx += end_bitidx;
6807         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6808 }
6809
6810 /**
6811  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6812  * @page: The page within the block of interest
6813  * @flags: The flags to set
6814  * @pfn: The target page frame number
6815  * @end_bitidx: The last bit of interest
6816  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6817  */
6818 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6819                                         unsigned long pfn,
6820                                         unsigned long end_bitidx,
6821                                         unsigned long mask)
6822 {
6823         struct zone *zone;
6824         unsigned long *bitmap;
6825         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6826         unsigned long old_word, word;
6827
6828         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6829
6830         zone = page_zone(page);
6831         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6832         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6833         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6834         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6835
6836         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6837
6838         bitidx += end_bitidx;
6839         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6840         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6841
6842         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6843         for (;;) {
6844                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6845                 if (word == old_word)
6846                         break;
6847                 word = old_word;
6848         }
6849 }
6850
6851 /*
6852  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6853  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6854  *
6855  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6856  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6857  * expect this function should be exact.
6858  */
6859 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6860                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6861 {
6862         unsigned long pfn, iter, found;
6863         int mt;
6864
6865         /*
6866          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6867          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6868          */
6869         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6870                 return false;
6871         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6872         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6873                 return false;
6874
6875         pfn = page_to_pfn(page);
6876         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6877                 unsigned long check = pfn + iter;
6878
6879                 if (!pfn_valid_within(check))
6880                         continue;
6881
6882                 page = pfn_to_page(check);
6883
6884                 /*
6885                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6886                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6887                  * handle each tail page individually in migration.
6888                  */
6889                 if (PageHuge(page)) {
6890                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6891                         continue;
6892                 }
6893
6894                 /*
6895                  * We can't use page_count without pin a page
6896                  * because another CPU can free compound page.
6897                  * This check already skips compound tails of THP
6898                  * because their page->_count is zero at all time.
6899                  */
6900                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6901                         if (PageBuddy(page))
6902                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6903                         continue;
6904                 }
6905
6906                 /*
6907                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6908                  * page_count() is not 0.
6909                  */
6910                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6911                         continue;
6912
6913                 if (!PageLRU(page))
6914                         found++;
6915                 /*
6916                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6917                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6918                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6919                  */
6920                 /*
6921                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6922                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6923                  *
6924                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6925                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6926                  * page at boot.
6927                  */
6928                 if (found > count)
6929                         return true;
6930         }
6931         return false;
6932 }
6933
6934 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6935 {
6936         struct zone *zone;
6937         unsigned long pfn;
6938
6939         /*
6940          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6941          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6942          * the zone but still within the section.
6943          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6944          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6945          */
6946         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6947                 return false;
6948
6949         zone = page_zone(page);
6950         pfn = page_to_pfn(page);
6951         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6952                 return false;
6953
6954         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6955 }
6956
6957 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
6958
6959 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6960 {
6961         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6962                              pageblock_nr_pages) - 1);
6963 }
6964
6965 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6966 {
6967         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6968                                 pageblock_nr_pages));
6969 }
6970
6971 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6972 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6973                                         unsigned long start, unsigned long end)
6974 {
6975         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6976         unsigned long nr_reclaimed;
6977         unsigned long pfn = start;
6978         unsigned int tries = 0;
6979         int ret = 0;
6980
6981         migrate_prep();
6982
6983         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6984                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6985                         ret = -EINTR;
6986                         break;
6987                 }
6988
6989                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6990                         cc->nr_migratepages = 0;
6991                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6992                         if (!pfn) {
6993                                 ret = -EINTR;
6994                                 break;
6995                         }
6996                         tries = 0;
6997                 } else if (++tries == 5) {
6998                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6999                         break;
7000                 }
7001
7002                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7003                                                         &cc->migratepages);
7004                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7005
7006                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7007                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7008         }
7009         if (ret < 0) {
7010                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7011                 return ret;
7012         }
7013         return 0;
7014 }
7015
7016 /**
7017  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7018  * @start:      start PFN to allocate
7019  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7020  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7021  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7022  *                      in range must have the same migratetype and it must
7023  *                      be either of the two.
7024  *
7025  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7026  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7027  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7028  * pages fall in.
7029  *
7030  * The PFN range must belong to a single zone.
7031  *
7032  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7033  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7034  * need to be freed with free_contig_range().
7035  */
7036 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7037                        unsigned migratetype)
7038 {
7039         unsigned long outer_start, outer_end;
7040         unsigned int order;
7041         int ret = 0;
7042
7043         struct compact_control cc = {
7044                 .nr_migratepages = 0,
7045                 .order = -1,
7046                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7047                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7048                 .ignore_skip_hint = true,
7049         };
7050         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7051
7052         /*
7053          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7054          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7055          * have different sizes, and due to the way page allocator
7056          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7057          * that page allocator won't try to merge buddies from
7058          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7059          * other migration type.
7060          *
7061          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7062          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7063          * we are interested in).  This will put all the pages in
7064          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7065          *
7066          * When this is done, we take the pages in range from page
7067          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7068          * page allocator will never consider using them.
7069          *
7070          * This lets us mark the pageblocks back as
7071          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7072          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7073          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7074          */
7075
7076         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7077                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7078                                        false);
7079         if (ret)
7080                 return ret;
7081
7082         /*
7083          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7084          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7085          */
7086         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7087         if (ret && ret != -EBUSY)
7088                 goto done;
7089
7090         /*
7091          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7092          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7093          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7094          * What we are going to do is to allocate all pages from
7095          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7096          *
7097          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7098          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7099          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7100          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7101          * once this is done free the pages we are not interested in.
7102          *
7103          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7104          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7105          */
7106
7107         lru_add_drain_all();
7108         drain_all_pages(cc.zone);
7109
7110         order = 0;
7111         outer_start = start;
7112         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7113                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7114                         outer_start = start;
7115                         break;
7116                 }
7117                 outer_start &= ~0UL << order;
7118         }
7119
7120         if (outer_start != start) {
7121                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7122
7123                 /*
7124                  * outer_start page could be small order buddy page and
7125                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7126                  * in this case to report failed page properly
7127                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7128                  */
7129                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7130                         outer_start = start;
7131         }
7132
7133         /* Make sure the range is really isolated. */
7134         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7135                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7136                         __func__, outer_start, end);
7137                 ret = -EBUSY;
7138                 goto done;
7139         }
7140
7141         /* Grab isolated pages from freelists. */
7142         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7143         if (!outer_end) {
7144                 ret = -EBUSY;
7145                 goto done;
7146         }
7147
7148         /* Free head and tail (if any) */
7149         if (start != outer_start)
7150                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7151         if (end != outer_end)
7152                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7153
7154 done:
7155         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7156                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7157         return ret;
7158 }
7159
7160 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7161 {
7162         unsigned int count = 0;
7163
7164         for (; nr_pages--; pfn++) {
7165                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7166
7167                 count += page_count(page) != 1;
7168                 __free_page(page);
7169         }
7170         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7171 }
7172 #endif
7173
7174 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7175 /*
7176  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7177  * page high values need to be recalulated.
7178  */
7179 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7180 {
7181         unsigned cpu;
7182         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7183         for_each_possible_cpu(cpu)
7184                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7185                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7186         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7187 }
7188 #endif
7189
7190 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7191 {
7192         unsigned long flags;
7193         int cpu;
7194         struct per_cpu_pageset *pset;
7195
7196         /* avoid races with drain_pages()  */
7197         local_irq_save(flags);
7198         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7199                 for_each_online_cpu(cpu) {
7200                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7201                         drain_zonestat(zone, pset);
7202                 }
7203                 free_percpu(zone->pageset);
7204                 zone->pageset = &boot_pageset;
7205         }
7206         local_irq_restore(flags);
7207 }
7208
7209 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7210 /*
7211  * All pages in the range must be isolated before calling this.
7212  */
7213 void
7214 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7215 {
7216         struct page *page;
7217         struct zone *zone;
7218         unsigned int order, i;
7219         unsigned long pfn;
7220         unsigned long flags;
7221         /* find the first valid pfn */
7222         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7223                 if (pfn_valid(pfn))
7224                         break;
7225         if (pfn == end_pfn)
7226                 return;
7227         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7228         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7229         pfn = start_pfn;
7230         while (pfn < end_pfn) {
7231                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7232                         pfn++;
7233                         continue;
7234                 }
7235                 page = pfn_to_page(pfn);
7236                 /*
7237                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7238                  * page_count() is not 0.
7239                  */
7240                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7241                         pfn++;
7242                         SetPageReserved(page);
7243                         continue;
7244                 }
7245
7246                 BUG_ON(page_count(page));
7247                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7248                 order = page_order(page);
7249 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7250                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
7251                        pfn, 1 << order, end_pfn);
7252 #endif
7253                 list_del(&page->lru);
7254                 rmv_page_order(page);
7255                 zone->free_area[order].nr_free--;
7256                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7257                         SetPageReserved((page+i));
7258                 pfn += (1 << order);
7259         }
7260         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7261 }
7262 #endif
7263
7264 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7265 {
7266         struct zone *zone = page_zone(page);
7267         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7268         unsigned long flags;
7269         unsigned int order;
7270
7271         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7272         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7273                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7274
7275                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7276                         break;
7277         }
7278         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7279
7280         return order < MAX_ORDER;
7281 }