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