mm/page_alloc: in zone_pcp_update(), uze zone_pageset_init()
[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/module.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/pagevec.h>
31 #include <linux/blkdev.h>
32 #include <linux/slab.h>
33 #include <linux/ratelimit.h>
34 #include <linux/oom.h>
35 #include <linux/notifier.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/stop_machine.h>
46 #include <linux/sort.h>
47 #include <linux/pfn.h>
48 #include <linux/backing-dev.h>
49 #include <linux/fault-inject.h>
50 #include <linux/page-isolation.h>
51 #include <linux/page_cgroup.h>
52 #include <linux/debugobjects.h>
53 #include <linux/kmemleak.h>
54 #include <linux/compaction.h>
55 #include <trace/events/kmem.h>
56 #include <linux/ftrace_event.h>
57 #include <linux/memcontrol.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/page-debug-flags.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63
64 #include <asm/tlbflush.h>
65 #include <asm/div64.h>
66 #include "internal.h"
67
68 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
69 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
70
71 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
72 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
73 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
74 #endif
75
76 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
77 /*
78  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
79  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
80  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
81  * defined in <linux/topology.h>.
82  */
83 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
84 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
85 #endif
86
87 /*
88  * Array of node states.
89  */
90 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
91         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
92         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
93 #ifndef CONFIG_NUMA
94         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
95 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
96         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
97 #endif
98 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
99         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
100 #endif
101         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
102 #endif  /* NUMA */
103 };
104 EXPORT_SYMBOL(node_states);
105
106 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
107 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
108 /*
109  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
110  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
111  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
112  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
113  */
114 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
115
116 int percpu_pagelist_fraction;
117 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
118
119 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
120 /*
121  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
122  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
123  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
124  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
125  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
126  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
127  */
128
129 static gfp_t saved_gfp_mask;
130
131 void pm_restore_gfp_mask(void)
132 {
133         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
134         if (saved_gfp_mask) {
135                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
136                 saved_gfp_mask = 0;
137         }
138 }
139
140 void pm_restrict_gfp_mask(void)
141 {
142         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
143         WARN_ON(saved_gfp_mask);
144         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
145         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
146 }
147
148 bool pm_suspended_storage(void)
149 {
150         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
151                 return false;
152         return true;
153 }
154 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
155
156 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
157 int pageblock_order __read_mostly;
158 #endif
159
160 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
161
162 /*
163  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
164  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
165  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
166  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
167  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
168  *      HIGHMEM allocation will (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
169  *
170  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
171  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
172  */
173 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
174 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
175          256,
176 #endif
177 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
178          256,
179 #endif
180 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
181          32,
182 #endif
183          32,
184 };
185
186 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
187
188 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
189 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
190          "DMA",
191 #endif
192 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
193          "DMA32",
194 #endif
195          "Normal",
196 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
197          "HighMem",
198 #endif
199          "Movable",
200 };
201
202 int min_free_kbytes = 1024;
203
204 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
205 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
206 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
207
208 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
209 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
210 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
211 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
212 static unsigned long __initdata required_movablecore;
213 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
214
215 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
216 int movable_zone;
217 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
218 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
219
220 #if MAX_NUMNODES > 1
221 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
222 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
223 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
224 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
225 #endif
226
227 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
228
229 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
230 {
231
232         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled))
233                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
234
235         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
236                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
237 }
238
239 bool oom_killer_disabled __read_mostly;
240
241 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
242 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
243 {
244         int ret = 0;
245         unsigned seq;
246         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
247         unsigned long sp, start_pfn;
248
249         do {
250                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
251                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
252                 sp = zone->spanned_pages;
253                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
254                         ret = 1;
255         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
256
257         if (ret)
258                 pr_err("page %lu outside zone [ %lu - %lu ]\n",
259                         pfn, start_pfn, start_pfn + sp);
260
261         return ret;
262 }
263
264 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
265 {
266         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
267                 return 0;
268         if (zone != page_zone(page))
269                 return 0;
270
271         return 1;
272 }
273 /*
274  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
275  */
276 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
277 {
278         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
279                 return 1;
280         if (!page_is_consistent(zone, page))
281                 return 1;
282
283         return 0;
284 }
285 #else
286 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
287 {
288         return 0;
289 }
290 #endif
291
292 static void bad_page(struct page *page)
293 {
294         static unsigned long resume;
295         static unsigned long nr_shown;
296         static unsigned long nr_unshown;
297
298         /* Don't complain about poisoned pages */
299         if (PageHWPoison(page)) {
300                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
301                 return;
302         }
303
304         /*
305          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
306          * or allow a steady drip of one report per second.
307          */
308         if (nr_shown == 60) {
309                 if (time_before(jiffies, resume)) {
310                         nr_unshown++;
311                         goto out;
312                 }
313                 if (nr_unshown) {
314                         printk(KERN_ALERT
315                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
316                                 nr_unshown);
317                         nr_unshown = 0;
318                 }
319                 nr_shown = 0;
320         }
321         if (nr_shown++ == 0)
322                 resume = jiffies + 60 * HZ;
323
324         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
325                 current->comm, page_to_pfn(page));
326         dump_page(page);
327
328         print_modules();
329         dump_stack();
330 out:
331         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
332         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
333         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
334 }
335
336 /*
337  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
338  *
339  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
340  *
341  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
342  *
343  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
344  * pointing at the head page.
345  *
346  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
347  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
348  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
349  */
350
351 static void free_compound_page(struct page *page)
352 {
353         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
354 }
355
356 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
357 {
358         int i;
359         int nr_pages = 1 << order;
360
361         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
362         set_compound_order(page, order);
363         __SetPageHead(page);
364         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
365                 struct page *p = page + i;
366                 __SetPageTail(p);
367                 set_page_count(p, 0);
368                 p->first_page = page;
369         }
370 }
371
372 /* update __split_huge_page_refcount if you change this function */
373 static int destroy_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
374 {
375         int i;
376         int nr_pages = 1 << order;
377         int bad = 0;
378
379         if (unlikely(compound_order(page) != order)) {
380                 bad_page(page);
381                 bad++;
382         }
383
384         __ClearPageHead(page);
385
386         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
387                 struct page *p = page + i;
388
389                 if (unlikely(!PageTail(p) || (p->first_page != page))) {
390                         bad_page(page);
391                         bad++;
392                 }
393                 __ClearPageTail(p);
394         }
395
396         return bad;
397 }
398
399 static inline void prep_zero_page(struct page *page, int order, gfp_t gfp_flags)
400 {
401         int i;
402
403         /*
404          * clear_highpage() will use KM_USER0, so it's a bug to use __GFP_ZERO
405          * and __GFP_HIGHMEM from hard or soft interrupt context.
406          */
407         VM_BUG_ON((gfp_flags & __GFP_HIGHMEM) && in_interrupt());
408         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
409                 clear_highpage(page + i);
410 }
411
412 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
413 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
414
415 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
416 {
417         unsigned long res;
418
419         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
420                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
421                 return 0;
422         }
423         _debug_guardpage_minorder = res;
424         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
425         return 0;
426 }
427 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
428
429 static inline void set_page_guard_flag(struct page *page)
430 {
431         __set_bit(PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD, &page->debug_flags);
432 }
433
434 static inline void clear_page_guard_flag(struct page *page)
435 {
436         __clear_bit(PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD, &page->debug_flags);
437 }
438 #else
439 static inline void set_page_guard_flag(struct page *page) { }
440 static inline void clear_page_guard_flag(struct page *page) { }
441 #endif
442
443 static inline void set_page_order(struct page *page, int order)
444 {
445         set_page_private(page, order);
446         __SetPageBuddy(page);
447 }
448
449 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
450 {
451         __ClearPageBuddy(page);
452         set_page_private(page, 0);
453 }
454
455 /*
456  * Locate the struct page for both the matching buddy in our
457  * pair (buddy1) and the combined O(n+1) page they form (page).
458  *
459  * 1) Any buddy B1 will have an order O twin B2 which satisfies
460  * the following equation:
461  *     B2 = B1 ^ (1 << O)
462  * For example, if the starting buddy (buddy2) is #8 its order
463  * 1 buddy is #10:
464  *     B2 = 8 ^ (1 << 1) = 8 ^ 2 = 10
465  *
466  * 2) Any buddy B will have an order O+1 parent P which
467  * satisfies the following equation:
468  *     P = B & ~(1 << O)
469  *
470  * Assumption: *_mem_map is contiguous at least up to MAX_ORDER
471  */
472 static inline unsigned long
473 __find_buddy_index(unsigned long page_idx, unsigned int order)
474 {
475         return page_idx ^ (1 << order);
476 }
477
478 /*
479  * This function checks whether a page is free && is the buddy
480  * we can do coalesce a page and its buddy if
481  * (a) the buddy is not in a hole &&
482  * (b) the buddy is in the buddy system &&
483  * (c) a page and its buddy have the same order &&
484  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
485  *
486  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount -2.
487  * Setting, clearing, and testing _mapcount -2 is serialized by zone->lock.
488  *
489  * For recording page's order, we use page_private(page).
490  */
491 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
492                                                                 int order)
493 {
494         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
495                 return 0;
496
497         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
498                 return 0;
499
500         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
501                 VM_BUG_ON(page_count(buddy) != 0);
502                 return 1;
503         }
504
505         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
506                 VM_BUG_ON(page_count(buddy) != 0);
507                 return 1;
508         }
509         return 0;
510 }
511
512 /*
513  * Freeing function for a buddy system allocator.
514  *
515  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
516  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
517  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
518  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
519  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
520  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
521  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
522  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
523  * parts of the VM system.
524  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
525  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount -2. Page's
526  * order is recorded in page_private(page) field.
527  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
528  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
529  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
530  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
531  * triggers coalescing into a block of larger size.
532  *
533  * -- nyc
534  */
535
536 static inline void __free_one_page(struct page *page,
537                 struct zone *zone, unsigned int order,
538                 int migratetype)
539 {
540         unsigned long page_idx;
541         unsigned long combined_idx;
542         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
543         struct page *buddy;
544
545         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
546
547         if (unlikely(PageCompound(page)))
548                 if (unlikely(destroy_compound_page(page, order)))
549                         return;
550
551         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
552
553         page_idx = page_to_pfn(page) & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
554
555         VM_BUG_ON(page_idx & ((1 << order) - 1));
556         VM_BUG_ON(bad_range(zone, page));
557
558         while (order < MAX_ORDER-1) {
559                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
560                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
561                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
562                         break;
563                 /*
564                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
565                  * merge with it and move up one order.
566                  */
567                 if (page_is_guard(buddy)) {
568                         clear_page_guard_flag(buddy);
569                         set_page_private(page, 0);
570                         __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order,
571                                                   migratetype);
572                 } else {
573                         list_del(&buddy->lru);
574                         zone->free_area[order].nr_free--;
575                         rmv_page_order(buddy);
576                 }
577                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
578                 page = page + (combined_idx - page_idx);
579                 page_idx = combined_idx;
580                 order++;
581         }
582         set_page_order(page, order);
583
584         /*
585          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
586          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
587          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
588          * that is happening, add the free page to the tail of the list
589          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
590          * as a higher order page
591          */
592         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
593                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
594                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
595                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
596                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
597                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
598                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
599                         list_add_tail(&page->lru,
600                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
601                         goto out;
602                 }
603         }
604
605         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
606 out:
607         zone->free_area[order].nr_free++;
608 }
609
610 static inline int free_pages_check(struct page *page)
611 {
612         if (unlikely(page_mapcount(page) |
613                 (page->mapping != NULL)  |
614                 (atomic_read(&page->_count) != 0) |
615                 (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE) |
616                 (mem_cgroup_bad_page_check(page)))) {
617                 bad_page(page);
618                 return 1;
619         }
620         page_nid_reset_last(page);
621         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
622                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
623         return 0;
624 }
625
626 /*
627  * Frees a number of pages from the PCP lists
628  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
629  * count is the number of pages to free.
630  *
631  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
632  * see if this freeing clears that state.
633  *
634  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
635  * pinned" detection logic.
636  */
637 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
638                                         struct per_cpu_pages *pcp)
639 {
640         int migratetype = 0;
641         int batch_free = 0;
642         int to_free = count;
643
644         spin_lock(&zone->lock);
645         zone->all_unreclaimable = 0;
646         zone->pages_scanned = 0;
647
648         while (to_free) {
649                 struct page *page;
650                 struct list_head *list;
651
652                 /*
653                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
654                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
655                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
656                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
657                  * lists
658                  */
659                 do {
660                         batch_free++;
661                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
662                                 migratetype = 0;
663                         list = &pcp->lists[migratetype];
664                 } while (list_empty(list));
665
666                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
667                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
668                         batch_free = to_free;
669
670                 do {
671                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
672
673                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
674                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
675                         list_del(&page->lru);
676                         mt = get_freepage_migratetype(page);
677                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
678                         __free_one_page(page, zone, 0, mt);
679                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
680                         if (likely(!is_migrate_isolate_page(page))) {
681                                 __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, 1);
682                                 if (is_migrate_cma(mt))
683                                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES, 1);
684                         }
685                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
686         }
687         spin_unlock(&zone->lock);
688 }
689
690 static void free_one_page(struct zone *zone, struct page *page, int order,
691                                 int migratetype)
692 {
693         spin_lock(&zone->lock);
694         zone->all_unreclaimable = 0;
695         zone->pages_scanned = 0;
696
697         __free_one_page(page, zone, order, migratetype);
698         if (unlikely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
699                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
700         spin_unlock(&zone->lock);
701 }
702
703 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
704 {
705         int i;
706         int bad = 0;
707
708         trace_mm_page_free(page, order);
709         kmemcheck_free_shadow(page, order);
710
711         if (PageAnon(page))
712                 page->mapping = NULL;
713         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
714                 bad += free_pages_check(page + i);
715         if (bad)
716                 return false;
717
718         if (!PageHighMem(page)) {
719                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),PAGE_SIZE<<order);
720                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
721                                            PAGE_SIZE << order);
722         }
723         arch_free_page(page, order);
724         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
725
726         return true;
727 }
728
729 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
730 {
731         unsigned long flags;
732         int migratetype;
733
734         if (!free_pages_prepare(page, order))
735                 return;
736
737         local_irq_save(flags);
738         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
739         migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
740         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
741         free_one_page(page_zone(page), page, order, migratetype);
742         local_irq_restore(flags);
743 }
744
745 /*
746  * Read access to zone->managed_pages is safe because it's unsigned long,
747  * but we still need to serialize writers. Currently all callers of
748  * __free_pages_bootmem() except put_page_bootmem() should only be used
749  * at boot time. So for shorter boot time, we shift the burden to
750  * put_page_bootmem() to serialize writers.
751  */
752 void __meminit __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned int order)
753 {
754         unsigned int nr_pages = 1 << order;
755         unsigned int loop;
756
757         prefetchw(page);
758         for (loop = 0; loop < nr_pages; loop++) {
759                 struct page *p = &page[loop];
760
761                 if (loop + 1 < nr_pages)
762                         prefetchw(p + 1);
763                 __ClearPageReserved(p);
764                 set_page_count(p, 0);
765         }
766
767         page_zone(page)->managed_pages += 1 << order;
768         set_page_refcounted(page);
769         __free_pages(page, order);
770 }
771
772 #ifdef CONFIG_CMA
773 /* Free whole pageblock and set it's migration type to MIGRATE_CMA. */
774 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
775 {
776         unsigned i = pageblock_nr_pages;
777         struct page *p = page;
778
779         do {
780                 __ClearPageReserved(p);
781                 set_page_count(p, 0);
782         } while (++p, --i);
783
784         set_page_refcounted(page);
785         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
786         __free_pages(page, pageblock_order);
787         totalram_pages += pageblock_nr_pages;
788 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
789         if (PageHighMem(page))
790                 totalhigh_pages += pageblock_nr_pages;
791 #endif
792 }
793 #endif
794
795 /*
796  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
797  * Please do not alter this order without good reasons and regression
798  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
799  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
800  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
801  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
802  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
803  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
804  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
805  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
806  *
807  * -- nyc
808  */
809 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
810         int low, int high, struct free_area *area,
811         int migratetype)
812 {
813         unsigned long size = 1 << high;
814
815         while (high > low) {
816                 area--;
817                 high--;
818                 size >>= 1;
819                 VM_BUG_ON(bad_range(zone, &page[size]));
820
821 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
822                 if (high < debug_guardpage_minorder()) {
823                         /*
824                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
825                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
826                          * Corresponding page table entries will not be touched,
827                          * pages will stay not present in virtual address space
828                          */
829                         INIT_LIST_HEAD(&page[size].lru);
830                         set_page_guard_flag(&page[size]);
831                         set_page_private(&page[size], high);
832                         /* Guard pages are not available for any usage */
833                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << high),
834                                                   migratetype);
835                         continue;
836                 }
837 #endif
838                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
839                 area->nr_free++;
840                 set_page_order(&page[size], high);
841         }
842 }
843
844 /*
845  * This page is about to be returned from the page allocator
846  */
847 static inline int check_new_page(struct page *page)
848 {
849         if (unlikely(page_mapcount(page) |
850                 (page->mapping != NULL)  |
851                 (atomic_read(&page->_count) != 0)  |
852                 (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP) |
853                 (mem_cgroup_bad_page_check(page)))) {
854                 bad_page(page);
855                 return 1;
856         }
857         return 0;
858 }
859
860 static int prep_new_page(struct page *page, int order, gfp_t gfp_flags)
861 {
862         int i;
863
864         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
865                 struct page *p = page + i;
866                 if (unlikely(check_new_page(p)))
867                         return 1;
868         }
869
870         set_page_private(page, 0);
871         set_page_refcounted(page);
872
873         arch_alloc_page(page, order);
874         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
875
876         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
877                 prep_zero_page(page, order, gfp_flags);
878
879         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
880                 prep_compound_page(page, order);
881
882         return 0;
883 }
884
885 /*
886  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
887  * the smallest available page from the freelists
888  */
889 static inline
890 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
891                                                 int migratetype)
892 {
893         unsigned int current_order;
894         struct free_area * area;
895         struct page *page;
896
897         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
898         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
899                 area = &(zone->free_area[current_order]);
900                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
901                         continue;
902
903                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
904                                                         struct page, lru);
905                 list_del(&page->lru);
906                 rmv_page_order(page);
907                 area->nr_free--;
908                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
909                 return page;
910         }
911
912         return NULL;
913 }
914
915
916 /*
917  * This array describes the order lists are fallen back to when
918  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
919  */
920 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
921         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
922         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
923 #ifdef CONFIG_CMA
924         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_CMA,         MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_RESERVE },
925         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
926 #else
927         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
928 #endif
929         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
930 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
931         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
932 #endif
933 };
934
935 /*
936  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
937  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
938  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
939  */
940 int move_freepages(struct zone *zone,
941                           struct page *start_page, struct page *end_page,
942                           int migratetype)
943 {
944         struct page *page;
945         unsigned long order;
946         int pages_moved = 0;
947
948 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
949         /*
950          * page_zone is not safe to call in this context when
951          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
952          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
953          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
954          * grouping pages by mobility
955          */
956         BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
957 #endif
958
959         for (page = start_page; page <= end_page;) {
960                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
961                 VM_BUG_ON(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone));
962
963                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
964                         page++;
965                         continue;
966                 }
967
968                 if (!PageBuddy(page)) {
969                         page++;
970                         continue;
971                 }
972
973                 order = page_order(page);
974                 list_move(&page->lru,
975                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
976                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
977                 page += 1 << order;
978                 pages_moved += 1 << order;
979         }
980
981         return pages_moved;
982 }
983
984 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
985                                 int migratetype)
986 {
987         unsigned long start_pfn, end_pfn;
988         struct page *start_page, *end_page;
989
990         start_pfn = page_to_pfn(page);
991         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
992         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
993         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
994         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
995
996         /* Do not cross zone boundaries */
997         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
998                 start_page = page;
999         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1000                 return 0;
1001
1002         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1003 }
1004
1005 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1006                                         int start_order, int migratetype)
1007 {
1008         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1009
1010         while (nr_pageblocks--) {
1011                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1012                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1013         }
1014 }
1015
1016 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1017 static inline struct page *
1018 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype)
1019 {
1020         struct free_area * area;
1021         int current_order;
1022         struct page *page;
1023         int migratetype, i;
1024
1025         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1026         for (current_order = MAX_ORDER-1; current_order >= order;
1027                                                 --current_order) {
1028                 for (i = 0;; i++) {
1029                         migratetype = fallbacks[start_migratetype][i];
1030
1031                         /* MIGRATE_RESERVE handled later if necessary */
1032                         if (migratetype == MIGRATE_RESERVE)
1033                                 break;
1034
1035                         area = &(zone->free_area[current_order]);
1036                         if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1037                                 continue;
1038
1039                         page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1040                                         struct page, lru);
1041                         area->nr_free--;
1042
1043                         /*
1044                          * If breaking a large block of pages, move all free
1045                          * pages to the preferred allocation list. If falling
1046                          * back for a reclaimable kernel allocation, be more
1047                          * aggressive about taking ownership of free pages
1048                          *
1049                          * On the other hand, never change migration
1050                          * type of MIGRATE_CMA pageblocks nor move CMA
1051                          * pages on different free lists. We don't
1052                          * want unmovable pages to be allocated from
1053                          * MIGRATE_CMA areas.
1054                          */
1055                         if (!is_migrate_cma(migratetype) &&
1056                             (unlikely(current_order >= pageblock_order / 2) ||
1057                              start_migratetype == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1058                              page_group_by_mobility_disabled)) {
1059                                 int pages;
1060                                 pages = move_freepages_block(zone, page,
1061                                                                 start_migratetype);
1062
1063                                 /* Claim the whole block if over half of it is free */
1064                                 if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1065                                                 page_group_by_mobility_disabled)
1066                                         set_pageblock_migratetype(page,
1067                                                                 start_migratetype);
1068
1069                                 migratetype = start_migratetype;
1070                         }
1071
1072                         /* Remove the page from the freelists */
1073                         list_del(&page->lru);
1074                         rmv_page_order(page);
1075
1076                         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1077                         if (current_order >= pageblock_order &&
1078                             !is_migrate_cma(migratetype))
1079                                 change_pageblock_range(page, current_order,
1080                                                         start_migratetype);
1081
1082                         expand(zone, page, order, current_order, area,
1083                                is_migrate_cma(migratetype)
1084                              ? migratetype : start_migratetype);
1085
1086                         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1087                                 start_migratetype, migratetype);
1088
1089                         return page;
1090                 }
1091         }
1092
1093         return NULL;
1094 }
1095
1096 /*
1097  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1098  * Call me with the zone->lock already held.
1099  */
1100 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1101                                                 int migratetype)
1102 {
1103         struct page *page;
1104
1105 retry_reserve:
1106         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1107
1108         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1109                 page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1110
1111                 /*
1112                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1113                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1114                  * and we want just one call site
1115                  */
1116                 if (!page) {
1117                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1118                         goto retry_reserve;
1119                 }
1120         }
1121
1122         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1123         return page;
1124 }
1125
1126 /*
1127  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1128  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1129  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1130  */
1131 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1132                         unsigned long count, struct list_head *list,
1133                         int migratetype, int cold)
1134 {
1135         int mt = migratetype, i;
1136
1137         spin_lock(&zone->lock);
1138         for (i = 0; i < count; ++i) {
1139                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1140                 if (unlikely(page == NULL))
1141                         break;
1142
1143                 /*
1144                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1145                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1146                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1147                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1148                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1149                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1150                  * properly.
1151                  */
1152                 if (likely(cold == 0))
1153                         list_add(&page->lru, list);
1154                 else
1155                         list_add_tail(&page->lru, list);
1156                 if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
1157                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1158                         if (!is_migrate_cma(mt) && !is_migrate_isolate(mt))
1159                                 mt = migratetype;
1160                 }
1161                 set_freepage_migratetype(page, mt);
1162                 list = &page->lru;
1163                 if (is_migrate_cma(mt))
1164                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1165                                               -(1 << order));
1166         }
1167         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1168         spin_unlock(&zone->lock);
1169         return i;
1170 }
1171
1172 #ifdef CONFIG_NUMA
1173 /*
1174  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1175  * currently executing processor on remote nodes after they have
1176  * expired.
1177  *
1178  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1179  * a single processor.
1180  */
1181 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1182 {
1183         unsigned long flags;
1184         int to_drain;
1185         unsigned long batch;
1186
1187         local_irq_save(flags);
1188         batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
1189         if (pcp->count >= batch)
1190                 to_drain = batch;
1191         else
1192                 to_drain = pcp->count;
1193         if (to_drain > 0) {
1194                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1195                 pcp->count -= to_drain;
1196         }
1197         local_irq_restore(flags);
1198 }
1199 #endif
1200
1201 /*
1202  * Drain pages of the indicated processor.
1203  *
1204  * The processor must either be the current processor and the
1205  * thread pinned to the current processor or a processor that
1206  * is not online.
1207  */
1208 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1209 {
1210         unsigned long flags;
1211         struct zone *zone;
1212
1213         for_each_populated_zone(zone) {
1214                 struct per_cpu_pageset *pset;
1215                 struct per_cpu_pages *pcp;
1216
1217                 local_irq_save(flags);
1218                 pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1219
1220                 pcp = &pset->pcp;
1221                 if (pcp->count) {
1222                         free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1223                         pcp->count = 0;
1224                 }
1225                 local_irq_restore(flags);
1226         }
1227 }
1228
1229 /*
1230  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1231  */
1232 void drain_local_pages(void *arg)
1233 {
1234         drain_pages(smp_processor_id());
1235 }
1236
1237 /*
1238  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1239  *
1240  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1241  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1242  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1243  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1244  * before the call to on_each_cpu_mask().
1245  */
1246 void drain_all_pages(void)
1247 {
1248         int cpu;
1249         struct per_cpu_pageset *pcp;
1250         struct zone *zone;
1251
1252         /*
1253          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1254          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1255          */
1256         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1257
1258         /*
1259          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1260          * as offline notification will cause the notified
1261          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1262          * disables preemption as part of its processing
1263          */
1264         for_each_online_cpu(cpu) {
1265                 bool has_pcps = false;
1266                 for_each_populated_zone(zone) {
1267                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1268                         if (pcp->pcp.count) {
1269                                 has_pcps = true;
1270                                 break;
1271                         }
1272                 }
1273                 if (has_pcps)
1274                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1275                 else
1276                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1277         }
1278         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, drain_local_pages, NULL, 1);
1279 }
1280
1281 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1282
1283 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1284 {
1285         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1286         unsigned long flags;
1287         int order, t;
1288         struct list_head *curr;
1289
1290         if (!zone->spanned_pages)
1291                 return;
1292
1293         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1294
1295         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1296         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1297                 if (pfn_valid(pfn)) {
1298                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1299
1300                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1301                                 swsusp_unset_page_free(page);
1302                 }
1303
1304         for_each_migratetype_order(order, t) {
1305                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1306                         unsigned long i;
1307
1308                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1309                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1310                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1311                 }
1312         }
1313         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1314 }
1315 #endif /* CONFIG_PM */
1316
1317 /*
1318  * Free a 0-order page
1319  * cold == 1 ? free a cold page : free a hot page
1320  */
1321 void free_hot_cold_page(struct page *page, int cold)
1322 {
1323         struct zone *zone = page_zone(page);
1324         struct per_cpu_pages *pcp;
1325         unsigned long flags;
1326         int migratetype;
1327
1328         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1329                 return;
1330
1331         migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
1332         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1333         local_irq_save(flags);
1334         __count_vm_event(PGFREE);
1335
1336         /*
1337          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1338          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1339          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1340          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1341          * excessively into the page allocator
1342          */
1343         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1344                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1345                         free_one_page(zone, page, 0, migratetype);
1346                         goto out;
1347                 }
1348                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1349         }
1350
1351         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1352         if (cold)
1353                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1354         else
1355                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1356         pcp->count++;
1357         if (pcp->count >= pcp->high) {
1358                 unsigned long batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
1359                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
1360                 pcp->count -= batch;
1361         }
1362
1363 out:
1364         local_irq_restore(flags);
1365 }
1366
1367 /*
1368  * Free a list of 0-order pages
1369  */
1370 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, int cold)
1371 {
1372         struct page *page, *next;
1373
1374         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1375                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1376                 free_hot_cold_page(page, cold);
1377         }
1378 }
1379
1380 /*
1381  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1382  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1383  * Each sub-page must be freed individually.
1384  *
1385  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1386  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1387  */
1388 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1389 {
1390         int i;
1391
1392         VM_BUG_ON(PageCompound(page));
1393         VM_BUG_ON(!page_count(page));
1394
1395 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1396         /*
1397          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1398          * otherwise free the whole shadow.
1399          */
1400         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1401                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1402 #endif
1403
1404         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
1405                 set_page_refcounted(page + i);
1406 }
1407 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1408
1409 static int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1410 {
1411         unsigned long watermark;
1412         struct zone *zone;
1413         int mt;
1414
1415         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1416
1417         zone = page_zone(page);
1418         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1419
1420         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1421                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1422                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1423                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1424                         return 0;
1425
1426                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1427         }
1428
1429         /* Remove page from free list */
1430         list_del(&page->lru);
1431         zone->free_area[order].nr_free--;
1432         rmv_page_order(page);
1433
1434         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
1435         if (order >= pageblock_order - 1) {
1436                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
1437                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
1438                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
1439                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
1440                                 set_pageblock_migratetype(page,
1441                                                           MIGRATE_MOVABLE);
1442                 }
1443         }
1444
1445         return 1UL << order;
1446 }
1447
1448 /*
1449  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
1450  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
1451  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
1452  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
1453  * are enabled.
1454  *
1455  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1456  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1457  */
1458 int split_free_page(struct page *page)
1459 {
1460         unsigned int order;
1461         int nr_pages;
1462
1463         order = page_order(page);
1464
1465         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
1466         if (!nr_pages)
1467                 return 0;
1468
1469         /* Split into individual pages */
1470         set_page_refcounted(page);
1471         split_page(page, order);
1472         return nr_pages;
1473 }
1474
1475 /*
1476  * Really, prep_compound_page() should be called from __rmqueue_bulk().  But
1477  * we cheat by calling it from here, in the order > 0 path.  Saves a branch
1478  * or two.
1479  */
1480 static inline
1481 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
1482                         struct zone *zone, int order, gfp_t gfp_flags,
1483                         int migratetype)
1484 {
1485         unsigned long flags;
1486         struct page *page;
1487         int cold = !!(gfp_flags & __GFP_COLD);
1488
1489 again:
1490         if (likely(order == 0)) {
1491                 struct per_cpu_pages *pcp;
1492                 struct list_head *list;
1493
1494                 local_irq_save(flags);
1495                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1496                 list = &pcp->lists[migratetype];
1497                 if (list_empty(list)) {
1498                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
1499                                         pcp->batch, list,
1500                                         migratetype, cold);
1501                         if (unlikely(list_empty(list)))
1502                                 goto failed;
1503                 }
1504
1505                 if (cold)
1506                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
1507                 else
1508                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
1509
1510                 list_del(&page->lru);
1511                 pcp->count--;
1512         } else {
1513                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
1514                         /*
1515                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
1516                          *
1517                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
1518                          * properly detect and handle allocation failures.
1519                          *
1520                          * We most definitely don't want callers attempting to
1521                          * allocate greater than order-1 page units with
1522                          * __GFP_NOFAIL.
1523                          */
1524                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
1525                 }
1526                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1527                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1528                 spin_unlock(&zone->lock);
1529                 if (!page)
1530                         goto failed;
1531                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1532                                           get_pageblock_migratetype(page));
1533         }
1534
1535         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
1536         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
1537         local_irq_restore(flags);
1538
1539         VM_BUG_ON(bad_range(zone, page));
1540         if (prep_new_page(page, order, gfp_flags))
1541                 goto again;
1542         return page;
1543
1544 failed:
1545         local_irq_restore(flags);
1546         return NULL;
1547 }
1548
1549 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
1550
1551 static struct {
1552         struct fault_attr attr;
1553
1554         u32 ignore_gfp_highmem;
1555         u32 ignore_gfp_wait;
1556         u32 min_order;
1557 } fail_page_alloc = {
1558         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
1559         .ignore_gfp_wait = 1,
1560         .ignore_gfp_highmem = 1,
1561         .min_order = 1,
1562 };
1563
1564 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
1565 {
1566         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
1567 }
1568 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
1569
1570 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1571 {
1572         if (order < fail_page_alloc.min_order)
1573                 return false;
1574         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
1575                 return false;
1576         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
1577                 return false;
1578         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
1579                 return false;
1580
1581         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
1582 }
1583
1584 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
1585
1586 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
1587 {
1588         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
1589         struct dentry *dir;
1590
1591         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
1592                                         &fail_page_alloc.attr);
1593         if (IS_ERR(dir))
1594                 return PTR_ERR(dir);
1595
1596         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
1597                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
1598                 goto fail;
1599         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
1600                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
1601                 goto fail;
1602         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
1603                                 &fail_page_alloc.min_order))
1604                 goto fail;
1605
1606         return 0;
1607 fail:
1608         debugfs_remove_recursive(dir);
1609
1610         return -ENOMEM;
1611 }
1612
1613 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
1614
1615 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
1616
1617 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1618
1619 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1620 {
1621         return false;
1622 }
1623
1624 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1625
1626 /*
1627  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
1628  * of the allocation.
1629  */
1630 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1631                       int classzone_idx, int alloc_flags, long free_pages)
1632 {
1633         /* free_pages my go negative - that's OK */
1634         long min = mark;
1635         long lowmem_reserve = z->lowmem_reserve[classzone_idx];
1636         int o;
1637         long free_cma = 0;
1638
1639         free_pages -= (1 << order) - 1;
1640         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
1641                 min -= min / 2;
1642         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
1643                 min -= min / 4;
1644 #ifdef CONFIG_CMA
1645         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
1646         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
1647                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
1648 #endif
1649
1650         if (free_pages - free_cma <= min + lowmem_reserve)
1651                 return false;
1652         for (o = 0; o < order; o++) {
1653                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
1654                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
1655
1656                 /* Require fewer higher order pages to be free */
1657                 min >>= 1;
1658
1659                 if (free_pages <= min)
1660                         return false;
1661         }
1662         return true;
1663 }
1664
1665 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1666                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1667 {
1668         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1669                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
1670 }
1671
1672 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1673                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1674 {
1675         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
1676
1677         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
1678                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
1679
1680         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1681                                                                 free_pages);
1682 }
1683
1684 #ifdef CONFIG_NUMA
1685 /*
1686  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
1687  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
1688  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
1689  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
1690  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
1691  *
1692  * If the zonelist cache is present in the passed in zonelist, then
1693  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
1694  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
1695  *
1696  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
1697  * nothing and returns NULL.
1698  *
1699  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
1700  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
1701  *
1702  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
1703  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
1704  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
1705  * quickly as we can.
1706  */
1707 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1708 {
1709         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1710         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
1711
1712         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1713         if (!zlc)
1714                 return NULL;
1715
1716         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
1717                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1718                 zlc->last_full_zap = jiffies;
1719         }
1720
1721         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
1722                                         &cpuset_current_mems_allowed :
1723                                         &node_states[N_MEMORY];
1724         return allowednodes;
1725 }
1726
1727 /*
1728  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
1729  * if it is worth looking at further for free memory:
1730  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
1731  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
1732  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
1733  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
1734  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
1735  * else return false (zero) if it is not.
1736  *
1737  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
1738  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
1739  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
1740  * be considered full for up to one second by all requests, unless
1741  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
1742  * into the second scan of the zonelist.
1743  *
1744  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
1745  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
1746  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
1747  * unturned looking for a free page.
1748  */
1749 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1750                                                 nodemask_t *allowednodes)
1751 {
1752         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1753         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1754         int n;                          /* node that zone *z is on */
1755
1756         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1757         if (!zlc)
1758                 return 1;
1759
1760         i = z - zonelist->_zonerefs;
1761         n = zlc->z_to_n[i];
1762
1763         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
1764         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
1765 }
1766
1767 /*
1768  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
1769  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
1770  * from that zone don't waste time re-examining it.
1771  */
1772 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1773 {
1774         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1775         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1776
1777         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1778         if (!zlc)
1779                 return;
1780
1781         i = z - zonelist->_zonerefs;
1782
1783         set_bit(i, zlc->fullzones);
1784 }
1785
1786 /*
1787  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
1788  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
1789  */
1790 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1791 {
1792         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1793
1794         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1795         if (!zlc)
1796                 return;
1797
1798         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1799 }
1800
1801 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1802 {
1803         return node_isset(local_zone->node, zone->zone_pgdat->reclaim_nodes);
1804 }
1805
1806 static void __paginginit init_zone_allows_reclaim(int nid)
1807 {
1808         int i;
1809
1810         for_each_online_node(i)
1811                 if (node_distance(nid, i) <= RECLAIM_DISTANCE)
1812                         node_set(i, NODE_DATA(nid)->reclaim_nodes);
1813                 else
1814                         zone_reclaim_mode = 1;
1815 }
1816
1817 #else   /* CONFIG_NUMA */
1818
1819 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1820 {
1821         return NULL;
1822 }
1823
1824 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1825                                 nodemask_t *allowednodes)
1826 {
1827         return 1;
1828 }
1829
1830 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1831 {
1832 }
1833
1834 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1835 {
1836 }
1837
1838 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1839 {
1840         return true;
1841 }
1842
1843 static inline void init_zone_allows_reclaim(int nid)
1844 {
1845 }
1846 #endif  /* CONFIG_NUMA */
1847
1848 /*
1849  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
1850  * a page.
1851  */
1852 static struct page *
1853 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, unsigned int order,
1854                 struct zonelist *zonelist, int high_zoneidx, int alloc_flags,
1855                 struct zone *preferred_zone, int migratetype)
1856 {
1857         struct zoneref *z;
1858         struct page *page = NULL;
1859         int classzone_idx;
1860         struct zone *zone;
1861         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
1862         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
1863         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
1864
1865         classzone_idx = zone_idx(preferred_zone);
1866 zonelist_scan:
1867         /*
1868          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
1869          * See also cpuset_zone_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
1870          */
1871         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
1872                                                 high_zoneidx, nodemask) {
1873                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
1874                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
1875                                 continue;
1876                 if ((alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
1877                         !cpuset_zone_allowed_softwall(zone, gfp_mask))
1878                                 continue;
1879                 /*
1880                  * When allocating a page cache page for writing, we
1881                  * want to get it from a zone that is within its dirty
1882                  * limit, such that no single zone holds more than its
1883                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
1884                  * The dirty limits take into account the zone's
1885                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
1886                  * should be able to balance it without having to
1887                  * write pages from its LRU list.
1888                  *
1889                  * This may look like it could increase pressure on
1890                  * lower zones by failing allocations in higher zones
1891                  * before they are full.  But the pages that do spill
1892                  * over are limited as the lower zones are protected
1893                  * by this very same mechanism.  It should not become
1894                  * a practical burden to them.
1895                  *
1896                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
1897                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
1898                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
1899                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
1900                  * zones are together not big enough to reach the
1901                  * global limit.  The proper fix for these situations
1902                  * will require awareness of zones in the
1903                  * dirty-throttling and the flusher threads.
1904                  */
1905                 if ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
1906                     (gfp_mask & __GFP_WRITE) && !zone_dirty_ok(zone))
1907                         goto this_zone_full;
1908
1909                 BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
1910                 if (!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
1911                         unsigned long mark;
1912                         int ret;
1913
1914                         mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
1915                         if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
1916                                     classzone_idx, alloc_flags))
1917                                 goto try_this_zone;
1918
1919                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
1920                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
1921                                 /*
1922                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
1923                                  * and before considering the first zone allowed
1924                                  * by the cpuset.
1925                                  */
1926                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
1927                                 zlc_active = 1;
1928                                 did_zlc_setup = 1;
1929                         }
1930
1931                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
1932                             !zone_allows_reclaim(preferred_zone, zone))
1933                                 goto this_zone_full;
1934
1935                         /*
1936                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
1937                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
1938                          */
1939                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
1940                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
1941                                 continue;
1942
1943                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
1944                         switch (ret) {
1945                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
1946                                 /* did not scan */
1947                                 continue;
1948                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
1949                                 /* scanned but unreclaimable */
1950                                 continue;
1951                         default:
1952                                 /* did we reclaim enough */
1953                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
1954                                                 classzone_idx, alloc_flags))
1955                                         goto try_this_zone;
1956
1957                                 /*
1958                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
1959                                  * Only mark the zone full if checking the min
1960                                  * watermark or if we failed to reclaim just
1961                                  * 1<<order pages or else the page allocator
1962                                  * fastpath will prematurely mark zones full
1963                                  * when the watermark is between the low and
1964                                  * min watermarks.
1965                                  */
1966                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
1967                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
1968                                         goto this_zone_full;
1969
1970                                 continue;
1971                         }
1972                 }
1973
1974 try_this_zone:
1975                 page = buffered_rmqueue(preferred_zone, zone, order,
1976                                                 gfp_mask, migratetype);
1977                 if (page)
1978                         break;
1979 this_zone_full:
1980                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
1981                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
1982         }
1983
1984         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && page == NULL && zlc_active)) {
1985                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
1986                 zlc_active = 0;
1987                 goto zonelist_scan;
1988         }
1989
1990         if (page)
1991                 /*
1992                  * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was
1993                  * necessary to allocate the page. The expectation is
1994                  * that the caller is taking steps that will free more
1995                  * memory. The caller should avoid the page being used
1996                  * for !PFMEMALLOC purposes.
1997                  */
1998                 page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
1999
2000         return page;
2001 }
2002
2003 /*
2004  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2005  * meminfo in irq context.
2006  */
2007 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2008 {
2009         bool ret = false;
2010
2011 #if NODES_SHIFT > 8
2012         ret = in_interrupt();
2013 #endif
2014         return ret;
2015 }
2016
2017 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2018                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2019                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2020
2021 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2022 {
2023         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2024
2025         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2026             debug_guardpage_minorder() > 0)
2027                 return;
2028
2029         /*
2030          * Walking all memory to count page types is very expensive and should
2031          * be inhibited in non-blockable contexts.
2032          */
2033         if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2034                 filter |= SHOW_MEM_FILTER_PAGE_COUNT;
2035
2036         /*
2037          * This documents exceptions given to allocations in certain
2038          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2039          * of allowed nodes.
2040          */
2041         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2042                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2043                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2044                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2045         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2046                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2047
2048         if (fmt) {
2049                 struct va_format vaf;
2050                 va_list args;
2051
2052                 va_start(args, fmt);
2053
2054                 vaf.fmt = fmt;
2055                 vaf.va = &args;
2056
2057                 pr_warn("%pV", &vaf);
2058
2059                 va_end(args);
2060         }
2061
2062         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2063                 current->comm, order, gfp_mask);
2064
2065         dump_stack();
2066         if (!should_suppress_show_mem())
2067                 show_mem(filter);
2068 }
2069
2070 static inline int
2071 should_alloc_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2072                                 unsigned long did_some_progress,
2073                                 unsigned long pages_reclaimed)
2074 {
2075         /* Do not loop if specifically requested */
2076         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
2077                 return 0;
2078
2079         /* Always retry if specifically requested */
2080         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2081                 return 1;
2082
2083         /*
2084          * Suspend converts GFP_KERNEL to __GFP_WAIT which can prevent reclaim
2085          * making forward progress without invoking OOM. Suspend also disables
2086          * storage devices so kswapd will not help. Bail if we are suspending.
2087          */
2088         if (!did_some_progress && pm_suspended_storage())
2089                 return 0;
2090
2091         /*
2092          * In this implementation, order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER
2093          * means __GFP_NOFAIL, but that may not be true in other
2094          * implementations.
2095          */
2096         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2097                 return 1;
2098
2099         /*
2100          * For order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, if __GFP_REPEAT is
2101          * specified, then we retry until we no longer reclaim any pages
2102          * (above), or we've reclaimed an order of pages at least as
2103          * large as the allocation's order. In both cases, if the
2104          * allocation still fails, we stop retrying.
2105          */
2106         if (gfp_mask & __GFP_REPEAT && pages_reclaimed < (1 << order))
2107                 return 1;
2108
2109         return 0;
2110 }
2111
2112 static inline struct page *
2113 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2114         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2115         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2116         int migratetype)
2117 {
2118         struct page *page;
2119
2120         /* Acquire the OOM killer lock for the zones in zonelist */
2121         if (!try_set_zonelist_oom(zonelist, gfp_mask)) {
2122                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2123                 return NULL;
2124         }
2125
2126         /*
2127          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2128          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2129          * we're still under heavy pressure.
2130          */
2131         page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask,
2132                 order, zonelist, high_zoneidx,
2133                 ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET,
2134                 preferred_zone, migratetype);
2135         if (page)
2136                 goto out;
2137
2138         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2139                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2140                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2141                         goto out;
2142                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2143                 if (high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2144                         goto out;
2145                 /*
2146                  * GFP_THISNODE contains __GFP_NORETRY and we never hit this.
2147                  * Sanity check for bare calls of __GFP_THISNODE, not real OOM.
2148                  * The caller should handle page allocation failure by itself if
2149                  * it specifies __GFP_THISNODE.
2150                  * Note: Hugepage uses it but will hit PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER.
2151                  */
2152                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2153                         goto out;
2154         }
2155         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2156         out_of_memory(zonelist, gfp_mask, order, nodemask, false);
2157
2158 out:
2159         clear_zonelist_oom(zonelist, gfp_mask);
2160         return page;
2161 }
2162
2163 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2164 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2165 static struct page *
2166 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2167         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2168         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2169         int migratetype, bool sync_migration,
2170         bool *contended_compaction, bool *deferred_compaction,
2171         unsigned long *did_some_progress)
2172 {
2173         if (!order)
2174                 return NULL;
2175
2176         if (compaction_deferred(preferred_zone, order)) {
2177                 *deferred_compaction = true;
2178                 return NULL;
2179         }
2180
2181         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2182         *did_some_progress = try_to_compact_pages(zonelist, order, gfp_mask,
2183                                                 nodemask, sync_migration,
2184                                                 contended_compaction);
2185         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2186
2187         if (*did_some_progress != COMPACT_SKIPPED) {
2188                 struct page *page;
2189
2190                 /* Page migration frees to the PCP lists but we want merging */
2191                 drain_pages(get_cpu());
2192                 put_cpu();
2193
2194                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask,
2195                                 order, zonelist, high_zoneidx,
2196                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2197                                 preferred_zone, migratetype);
2198                 if (page) {
2199                         preferred_zone->compact_blockskip_flush = false;
2200                         preferred_zone->compact_considered = 0;
2201                         preferred_zone->compact_defer_shift = 0;
2202                         if (order >= preferred_zone->compact_order_failed)
2203                                 preferred_zone->compact_order_failed = order + 1;
2204                         count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2205                         return page;
2206                 }
2207
2208                 /*
2209                  * It's bad if compaction run occurs and fails.
2210                  * The most likely reason is that pages exist,
2211                  * but not enough to satisfy watermarks.
2212                  */
2213                 count_vm_event(COMPACTFAIL);
2214
2215                 /*
2216                  * As async compaction considers a subset of pageblocks, only
2217                  * defer if the failure was a sync compaction failure.
2218                  */
2219                 if (sync_migration)
2220                         defer_compaction(preferred_zone, order);
2221
2222                 cond_resched();
2223         }
2224
2225         return NULL;
2226 }
2227 #else
2228 static inline struct page *
2229 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2230         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2231         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2232         int migratetype, bool sync_migration,
2233         bool *contended_compaction, bool *deferred_compaction,
2234         unsigned long *did_some_progress)
2235 {
2236         return NULL;
2237 }
2238 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2239
2240 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2241 static int
2242 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, struct zonelist *zonelist,
2243                   nodemask_t *nodemask)
2244 {
2245         struct reclaim_state reclaim_state;
2246         int progress;
2247
2248         cond_resched();
2249
2250         /* We now go into synchronous reclaim */
2251         cpuset_memory_pressure_bump();
2252         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2253         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2254         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2255         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2256
2257         progress = try_to_free_pages(zonelist, order, gfp_mask, nodemask);
2258
2259         current->reclaim_state = NULL;
2260         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2261         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2262
2263         cond_resched();
2264
2265         return progress;
2266 }
2267
2268 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2269 static inline struct page *
2270 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2271         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2272         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2273         int migratetype, unsigned long *did_some_progress)
2274 {
2275         struct page *page = NULL;
2276         bool drained = false;
2277
2278         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, zonelist,
2279                                                nodemask);
2280         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2281                 return NULL;
2282
2283         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2284         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2285                 zlc_clear_zones_full(zonelist);
2286
2287 retry:
2288         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order,
2289                                         zonelist, high_zoneidx,
2290                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2291                                         preferred_zone, migratetype);
2292
2293         /*
2294          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2295          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2296          */
2297         if (!page && !drained) {
2298                 drain_all_pages();
2299                 drained = true;
2300                 goto retry;
2301         }
2302
2303         return page;
2304 }
2305
2306 /*
2307  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2308  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2309  */
2310 static inline struct page *
2311 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2312         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2313         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2314         int migratetype)
2315 {
2316         struct page *page;
2317
2318         do {
2319                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order,
2320                         zonelist, high_zoneidx, ALLOC_NO_WATERMARKS,
2321                         preferred_zone, migratetype);
2322
2323                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2324                         wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2325         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2326
2327         return page;
2328 }
2329
2330 static inline
2331 void wake_all_kswapd(unsigned int order, struct zonelist *zonelist,
2332                                                 enum zone_type high_zoneidx,
2333                                                 enum zone_type classzone_idx)
2334 {
2335         struct zoneref *z;
2336         struct zone *zone;
2337
2338         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, high_zoneidx)
2339                 wakeup_kswapd(zone, order, classzone_idx);
2340 }
2341
2342 static inline int
2343 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2344 {
2345         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2346         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2347
2348         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2349         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2350
2351         /*
2352          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2353          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2354          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2355          * set both ALLOC_HARDER (!wait) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2356          */
2357         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2358
2359         if (!wait) {
2360                 /*
2361                  * Not worth trying to allocate harder for
2362                  * __GFP_NOMEMALLOC even if it can't schedule.
2363                  */
2364                 if  (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2365                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2366                 /*
2367                  * Ignore cpuset if GFP_ATOMIC (!wait) rather than fail alloc.
2368                  * See also cpuset_zone_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2369                  */
2370                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2371         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2372                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2373
2374         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2375                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2376                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2377                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2378                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2379                 else if (!in_interrupt() &&
2380                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2381                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2382                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2383         }
2384 #ifdef CONFIG_CMA
2385         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2386                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2387 #endif
2388         return alloc_flags;
2389 }
2390
2391 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2392 {
2393         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2394 }
2395
2396 static inline struct page *
2397 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2398         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2399         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2400         int migratetype)
2401 {
2402         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2403         struct page *page = NULL;
2404         int alloc_flags;
2405         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2406         unsigned long did_some_progress;
2407         bool sync_migration = false;
2408         bool deferred_compaction = false;
2409         bool contended_compaction = false;
2410
2411         /*
2412          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2413          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2414          * be using allocators in order of preference for an area that is
2415          * too large.
2416          */
2417         if (order >= MAX_ORDER) {
2418                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2419                 return NULL;
2420         }
2421
2422         /*
2423          * GFP_THISNODE (meaning __GFP_THISNODE, __GFP_NORETRY and
2424          * __GFP_NOWARN set) should not cause reclaim since the subsystem
2425          * (f.e. slab) using GFP_THISNODE may choose to trigger reclaim
2426          * using a larger set of nodes after it has established that the
2427          * allowed per node queues are empty and that nodes are
2428          * over allocated.
2429          */
2430         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2431                         (gfp_mask & GFP_THISNODE) == GFP_THISNODE)
2432                 goto nopage;
2433
2434 restart:
2435         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2436                 wake_all_kswapd(order, zonelist, high_zoneidx,
2437                                                 zone_idx(preferred_zone));
2438
2439         /*
2440          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2441          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2442          * to how we want to proceed.
2443          */
2444         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2445
2446         /*
2447          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2448          * cpusets.
2449          */
2450         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !nodemask)
2451                 first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx, NULL,
2452                                         &preferred_zone);
2453
2454 rebalance:
2455         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
2456         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order, zonelist,
2457                         high_zoneidx, alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2458                         preferred_zone, migratetype);
2459         if (page)
2460                 goto got_pg;
2461
2462         /* Allocate without watermarks if the context allows */
2463         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
2464                 /*
2465                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
2466                  * the allocation is high priority and these type of
2467                  * allocations are system rather than user orientated
2468                  */
2469                 zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
2470
2471                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order,
2472                                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,
2473                                 preferred_zone, migratetype);
2474                 if (page) {
2475                         goto got_pg;
2476                 }
2477         }
2478
2479         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
2480         if (!wait)
2481                 goto nopage;
2482
2483         /* Avoid recursion of direct reclaim */
2484         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
2485                 goto nopage;
2486
2487         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
2488         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2489                 goto nopage;
2490
2491         /*
2492          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
2493          * attempts after direct reclaim are synchronous
2494          */
2495         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
2496                                         zonelist, high_zoneidx,
2497                                         nodemask,
2498                                         alloc_flags, preferred_zone,
2499                                         migratetype, sync_migration,
2500                                         &contended_compaction,
2501                                         &deferred_compaction,
2502                                         &did_some_progress);
2503         if (page)
2504                 goto got_pg;
2505         sync_migration = true;
2506
2507         /*
2508          * If compaction is deferred for high-order allocations, it is because
2509          * sync compaction recently failed. In this is the case and the caller
2510          * requested a movable allocation that does not heavily disrupt the
2511          * system then fail the allocation instead of entering direct reclaim.
2512          */
2513         if ((deferred_compaction || contended_compaction) &&
2514                                                 (gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2515                 goto nopage;
2516
2517         /* Try direct reclaim and then allocating */
2518         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order,
2519                                         zonelist, high_zoneidx,
2520                                         nodemask,
2521                                         alloc_flags, preferred_zone,
2522                                         migratetype, &did_some_progress);
2523         if (page)
2524                 goto got_pg;
2525
2526         /*
2527          * If we failed to make any progress reclaiming, then we are
2528          * running out of options and have to consider going OOM
2529          */
2530         if (!did_some_progress) {
2531                 if ((gfp_mask & __GFP_FS) && !(gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
2532                         if (oom_killer_disabled)
2533                                 goto nopage;
2534                         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2535                         if ((current->flags & PF_DUMPCORE) &&
2536                             !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2537                                 goto nopage;
2538                         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order,
2539                                         zonelist, high_zoneidx,
2540                                         nodemask, preferred_zone,
2541                                         migratetype);
2542                         if (page)
2543                                 goto got_pg;
2544
2545                         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2546                                 /*
2547                                  * The oom killer is not called for high-order
2548                                  * allocations that may fail, so if no progress
2549                                  * is being made, there are no other options and
2550                                  * retrying is unlikely to help.
2551                                  */
2552                                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2553                                         goto nopage;
2554                                 /*
2555                                  * The oom killer is not called for lowmem
2556                                  * allocations to prevent needlessly killing
2557                                  * innocent tasks.
2558                                  */
2559                                 if (high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2560                                         goto nopage;
2561                         }
2562
2563                         goto restart;
2564                 }
2565         }
2566
2567         /* Check if we should retry the allocation */
2568         pages_reclaimed += did_some_progress;
2569         if (should_alloc_retry(gfp_mask, order, did_some_progress,
2570                                                 pages_reclaimed)) {
2571                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
2572                 wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2573                 goto rebalance;
2574         } else {
2575                 /*
2576                  * High-order allocations do not necessarily loop after
2577                  * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
2578                  * being called after reclaim so call directly if necessary
2579                  */
2580                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
2581                                         zonelist, high_zoneidx,
2582                                         nodemask,
2583                                         alloc_flags, preferred_zone,
2584                                         migratetype, sync_migration,
2585                                         &contended_compaction,
2586                                         &deferred_compaction,
2587                                         &did_some_progress);
2588                 if (page)
2589                         goto got_pg;
2590         }
2591
2592 nopage:
2593         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
2594         return page;
2595 got_pg:
2596         if (kmemcheck_enabled)
2597                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
2598
2599         return page;
2600 }
2601
2602 /*
2603  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
2604  */
2605 struct page *
2606 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2607                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
2608 {
2609         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
2610         struct zone *preferred_zone;
2611         struct page *page = NULL;
2612         int migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask);
2613         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2614         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET;
2615         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2616
2617         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
2618
2619         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
2620
2621         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
2622
2623         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
2624                 return NULL;
2625
2626         /*
2627          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
2628          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
2629          * of GFP_THISNODE and a memoryless node
2630          */
2631         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
2632                 return NULL;
2633
2634         /*
2635          * Will only have any effect when __GFP_KMEMCG is set.  This is
2636          * verified in the (always inline) callee
2637          */
2638         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2639                 return NULL;
2640
2641 retry_cpuset:
2642         cpuset_mems_cookie = get_mems_allowed();
2643
2644         /* The preferred zone is used for statistics later */
2645         first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx,
2646                                 nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
2647                                 &preferred_zone);
2648         if (!preferred_zone)
2649                 goto out;
2650
2651 #ifdef CONFIG_CMA
2652         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2653                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2654 #endif
2655         /* First allocation attempt */
2656         page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask, order,
2657                         zonelist, high_zoneidx, alloc_flags,
2658                         preferred_zone, migratetype);
2659         if (unlikely(!page)) {
2660                 /*
2661                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
2662                  * can deadlock because I/O on the device might not
2663                  * complete.
2664                  */
2665                 gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
2666                 page = __alloc_pages_slowpath(gfp_mask, order,
2667                                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,
2668                                 preferred_zone, migratetype);
2669         }
2670
2671         trace_mm_page_alloc(page, order, gfp_mask, migratetype);
2672
2673 out:
2674         /*
2675          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
2676          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
2677          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
2678          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
2679          */
2680         if (unlikely(!put_mems_allowed(cpuset_mems_cookie) && !page))
2681                 goto retry_cpuset;
2682
2683         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2684
2685         return page;
2686 }
2687 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
2688
2689 /*
2690  * Common helper functions.
2691  */
2692 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2693 {
2694         struct page *page;
2695
2696         /*
2697          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
2698          * a highmem page
2699          */
2700         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
2701
2702         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2703         if (!page)
2704                 return 0;
2705         return (unsigned long) page_address(page);
2706 }
2707 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
2708
2709 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
2710 {
2711         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
2712 }
2713 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
2714
2715 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
2716 {
2717         if (put_page_testzero(page)) {
2718                 if (order == 0)
2719                         free_hot_cold_page(page, 0);
2720                 else
2721                         __free_pages_ok(page, order);
2722         }
2723 }
2724
2725 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
2726
2727 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2728 {
2729         if (addr != 0) {
2730                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2731                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2732         }
2733 }
2734
2735 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
2736
2737 /*
2738  * __free_memcg_kmem_pages and free_memcg_kmem_pages will free
2739  * pages allocated with __GFP_KMEMCG.
2740  *
2741  * Those pages are accounted to a particular memcg, embedded in the
2742  * corresponding page_cgroup. To avoid adding a hit in the allocator to search
2743  * for that information only to find out that it is NULL for users who have no
2744  * interest in that whatsoever, we provide these functions.
2745  *
2746  * The caller knows better which flags it relies on.
2747  */
2748 void __free_memcg_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
2749 {
2750         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
2751         __free_pages(page, order);
2752 }
2753
2754 void free_memcg_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2755 {
2756         if (addr != 0) {
2757                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2758                 __free_memcg_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2759         }
2760 }
2761
2762 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
2763 {
2764         if (addr) {
2765                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
2766                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
2767
2768                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
2769                 while (used < alloc_end) {
2770                         free_page(used);
2771                         used += PAGE_SIZE;
2772                 }
2773         }
2774         return (void *)addr;
2775 }
2776
2777 /**
2778  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
2779  * @size: the number of bytes to allocate
2780  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
2781  *
2782  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
2783  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
2784  * allocate memory in power-of-two pages.
2785  *
2786  * This function is also limited by MAX_ORDER.
2787  *
2788  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
2789  */
2790 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
2791 {
2792         unsigned int order = get_order(size);
2793         unsigned long addr;
2794
2795         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
2796         return make_alloc_exact(addr, order, size);
2797 }
2798 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
2799
2800 /**
2801  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
2802  *                         pages on a node.
2803  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
2804  * @size: the number of bytes to allocate
2805  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
2806  *
2807  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
2808  * back.
2809  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
2810  * but is not exact.
2811  */
2812 void *alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
2813 {
2814         unsigned order = get_order(size);
2815         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
2816         if (!p)
2817                 return NULL;
2818         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
2819 }
2820 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact_nid);
2821
2822 /**
2823  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
2824  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
2825  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
2826  *
2827  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
2828  */
2829 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
2830 {
2831         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
2832         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
2833
2834         while (addr < end) {
2835                 free_page(addr);
2836                 addr += PAGE_SIZE;
2837         }
2838 }
2839 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
2840
2841 /**
2842  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
2843  * @offset: The zone index of the highest zone
2844  *
2845  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
2846  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
2847  * zone, the number of pages is calculated as:
2848  *     present_pages - high_pages
2849  */
2850 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
2851 {
2852         struct zoneref *z;
2853         struct zone *zone;
2854
2855         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
2856         unsigned long sum = 0;
2857
2858         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
2859
2860         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
2861                 unsigned long size = zone->managed_pages;
2862                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
2863                 if (size > high)
2864                         sum += size - high;
2865         }
2866
2867         return sum;
2868 }
2869
2870 /**
2871  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
2872  *
2873  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
2874  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
2875  */
2876 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
2877 {
2878         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
2879 }
2880 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
2881
2882 /**
2883  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
2884  *
2885  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
2886  * high watermark within all zones.
2887  */
2888 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
2889 {
2890         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
2891 }
2892
2893 static inline void show_node(struct zone *zone)
2894 {
2895         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2896                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
2897 }
2898
2899 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
2900 {
2901         val->totalram = totalram_pages;
2902         val->sharedram = 0;
2903         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
2904         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
2905         val->totalhigh = totalhigh_pages;
2906         val->freehigh = nr_free_highpages();
2907         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
2908 }
2909
2910 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
2911
2912 #ifdef CONFIG_NUMA
2913 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
2914 {
2915         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
2916
2917         val->totalram = pgdat->node_present_pages;
2918         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
2919 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
2920         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
2921         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
2922                         NR_FREE_PAGES);
2923 #else
2924         val->totalhigh = 0;
2925         val->freehigh = 0;
2926 #endif
2927         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
2928 }
2929 #endif
2930
2931 /*
2932  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
2933  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
2934  */
2935 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
2936 {
2937         bool ret = false;
2938         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2939
2940         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
2941                 goto out;
2942
2943         do {
2944                 cpuset_mems_cookie = get_mems_allowed();
2945                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
2946         } while (!put_mems_allowed(cpuset_mems_cookie));
2947 out:
2948         return ret;
2949 }
2950
2951 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
2952
2953 static void show_migration_types(unsigned char type)
2954 {
2955         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
2956                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
2957                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
2958                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
2959                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
2960 #ifdef CONFIG_CMA
2961                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
2962 #endif
2963 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2964                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
2965 #endif
2966         };
2967         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
2968         char *p = tmp;
2969         int i;
2970
2971         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
2972                 if (type & (1 << i))
2973                         *p++ = types[i];
2974         }
2975
2976         *p = '\0';
2977         printk("(%s) ", tmp);
2978 }
2979
2980 /*
2981  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
2982  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
2983  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
2984  * Suppresses nodes that are not allowed by current's cpuset if
2985  * SHOW_MEM_FILTER_NODES is passed.
2986  */
2987 void show_free_areas(unsigned int filter)
2988 {
2989         int cpu;
2990         struct zone *zone;
2991
2992         for_each_populated_zone(zone) {
2993                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
2994                         continue;
2995                 show_node(zone);
2996                 printk("%s per-cpu:\n", zone->name);
2997
2998                 for_each_online_cpu(cpu) {
2999                         struct per_cpu_pageset *pageset;
3000
3001                         pageset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3002
3003                         printk("CPU %4d: hi:%5d, btch:%4d usd:%4d\n",
3004                                cpu, pageset->pcp.high,
3005                                pageset->pcp.batch, pageset->pcp.count);
3006                 }
3007         }
3008
3009         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3010                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3011                 " unevictable:%lu"
3012                 " dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3013                 " free:%lu slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3014                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3015                 " free_cma:%lu\n",
3016                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3017                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3018                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3019                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3020                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3021                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3022                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3023                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3024                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3025                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3026                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3027                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3028                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3029                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3030                 global_page_state(NR_SHMEM),
3031                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3032                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3033                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3034
3035         for_each_populated_zone(zone) {
3036                 int i;
3037
3038                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3039                         continue;
3040                 show_node(zone);
3041                 printk("%s"
3042                         " free:%lukB"
3043                         " min:%lukB"
3044                         " low:%lukB"
3045                         " high:%lukB"
3046                         " active_anon:%lukB"
3047                         " inactive_anon:%lukB"
3048                         " active_file:%lukB"
3049                         " inactive_file:%lukB"
3050                         " unevictable:%lukB"
3051                         " isolated(anon):%lukB"
3052                         " isolated(file):%lukB"
3053                         " present:%lukB"
3054                         " managed:%lukB"
3055                         " mlocked:%lukB"
3056                         " dirty:%lukB"
3057                         " writeback:%lukB"
3058                         " mapped:%lukB"
3059                         " shmem:%lukB"
3060                         " slab_reclaimable:%lukB"
3061                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3062                         " kernel_stack:%lukB"
3063                         " pagetables:%lukB"
3064                         " unstable:%lukB"
3065                         " bounce:%lukB"
3066                         " free_cma:%lukB"
3067                         " writeback_tmp:%lukB"
3068                         " pages_scanned:%lu"
3069                         " all_unreclaimable? %s"
3070                         "\n",
3071                         zone->name,
3072                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3073                         K(min_wmark_pages(zone)),
3074                         K(low_wmark_pages(zone)),
3075                         K(high_wmark_pages(zone)),
3076                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3077                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3078                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3079                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3080                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3081                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3082                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3083                         K(zone->present_pages),
3084                         K(zone->managed_pages),
3085                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3086                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3087                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3088                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3089                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3090                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3091                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3092                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3093                                 THREAD_SIZE / 1024,
3094                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3095                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3096                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3097                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3098                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3099                         zone->pages_scanned,
3100                         (zone->all_unreclaimable ? "yes" : "no")
3101                         );
3102                 printk("lowmem_reserve[]:");
3103                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3104                         printk(" %lu", zone->lowmem_reserve[i]);
3105                 printk("\n");
3106         }
3107
3108         for_each_populated_zone(zone) {
3109                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3110                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3111
3112                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3113                         continue;
3114                 show_node(zone);
3115                 printk("%s: ", zone->name);
3116
3117                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3118                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3119                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3120                         int type;
3121
3122                         nr[order] = area->nr_free;
3123                         total += nr[order] << order;
3124
3125                         types[order] = 0;
3126                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3127                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3128                                         types[order] |= 1 << type;
3129                         }
3130                 }
3131                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3132                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3133                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3134                         if (nr[order])
3135                                 show_migration_types(types[order]);
3136                 }
3137                 printk("= %lukB\n", K(total));
3138         }
3139
3140         hugetlb_show_meminfo();
3141
3142         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3143
3144         show_swap_cache_info();
3145 }
3146
3147 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3148 {
3149         zoneref->zone = zone;
3150         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3151 }
3152
3153 /*
3154  * Builds allocation fallback zone lists.
3155  *
3156  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3157  */
3158 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3159                                 int nr_zones, enum zone_type zone_type)
3160 {
3161         struct zone *zone;
3162
3163         BUG_ON(zone_type >= MAX_NR_ZONES);
3164         zone_type++;
3165
3166         do {
3167                 zone_type--;
3168                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3169                 if (populated_zone(zone)) {
3170                         zoneref_set_zone(zone,
3171                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3172                         check_highest_zone(zone_type);
3173                 }
3174
3175         } while (zone_type);
3176         return nr_zones;
3177 }
3178
3179
3180 /*
3181  *  zonelist_order:
3182  *  0 = automatic detection of better ordering.
3183  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3184  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3185  *
3186  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3187  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3188  */
3189 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3190 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3191 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3192
3193 /* zonelist order in the kernel.
3194  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3195  */
3196 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3197 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3198
3199
3200 #ifdef CONFIG_NUMA
3201 /* The value user specified ....changed by config */
3202 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3203 /* string for sysctl */
3204 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3205 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3206
3207 /*
3208  * interface for configure zonelist ordering.
3209  * command line option "numa_zonelist_order"
3210  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3211  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3212  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3213  */
3214
3215 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3216 {
3217         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3218                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3219         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3220                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3221         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3222                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3223         } else {
3224                 printk(KERN_WARNING
3225                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3226                         "%s\n", s);
3227                 return -EINVAL;
3228         }
3229         return 0;
3230 }
3231
3232 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3233 {
3234         int ret;
3235
3236         if (!s)
3237                 return 0;
3238
3239         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3240         if (ret == 0)
3241                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3242
3243         return ret;
3244 }
3245 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3246
3247 /*
3248  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3249  */
3250 int numa_zonelist_order_handler(ctl_table *table, int write,
3251                 void __user *buffer, size_t *length,
3252                 loff_t *ppos)
3253 {
3254         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3255         int ret;
3256         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3257
3258         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3259         if (write)
3260                 strcpy(saved_string, (char*)table->data);
3261         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3262         if (ret)
3263                 goto out;
3264         if (write) {
3265                 int oldval = user_zonelist_order;
3266                 if (__parse_numa_zonelist_order((char*)table->data)) {
3267                         /*
3268                          * bogus value.  restore saved string
3269                          */
3270                         strncpy((char*)table->data, saved_string,
3271                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3272                         user_zonelist_order = oldval;
3273                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3274                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3275                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3276                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3277                 }
3278         }
3279 out:
3280         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3281         return ret;
3282 }
3283
3284
3285 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3286 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3287
3288 /**
3289  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3290  * @node: node whose fallback list we're appending
3291  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3292  *
3293  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3294  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3295  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3296  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3297  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3298  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3299  * on them otherwise.
3300  * It returns -1 if no node is found.
3301  */
3302 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3303 {
3304         int n, val;
3305         int min_val = INT_MAX;
3306         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3307         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3308
3309         /* Use the local node if we haven't already */
3310         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3311                 node_set(node, *used_node_mask);
3312                 return node;
3313         }
3314
3315         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3316
3317                 /* Don't want a node to appear more than once */
3318                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3319                         continue;
3320
3321                 /* Use the distance array to find the distance */
3322                 val = node_distance(node, n);
3323
3324                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
3325                 val += (n < node);
3326
3327                 /* Give preference to headless and unused nodes */
3328                 tmp = cpumask_of_node(n);
3329                 if (!cpumask_empty(tmp))
3330                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
3331
3332                 /* Slight preference for less loaded node */
3333                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
3334                 val += node_load[n];
3335
3336                 if (val < min_val) {
3337                         min_val = val;
3338                         best_node = n;
3339                 }
3340         }
3341
3342         if (best_node >= 0)
3343                 node_set(best_node, *used_node_mask);
3344
3345         return best_node;
3346 }
3347
3348
3349 /*
3350  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
3351  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
3352  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
3353  */
3354 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
3355 {
3356         int j;
3357         struct zonelist *zonelist;
3358
3359         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3360         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
3361                 ;
3362         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j,
3363                                                         MAX_NR_ZONES - 1);
3364         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3365         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3366 }
3367
3368 /*
3369  * Build gfp_thisnode zonelists
3370  */
3371 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3372 {
3373         int j;
3374         struct zonelist *zonelist;
3375
3376         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
3377         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0, MAX_NR_ZONES - 1);
3378         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3379         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3380 }
3381
3382 /*
3383  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
3384  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
3385  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
3386  * may still exist in local DMA zone.
3387  */
3388 static int node_order[MAX_NUMNODES];
3389
3390 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
3391 {
3392         int pos, j, node;
3393         int zone_type;          /* needs to be signed */
3394         struct zone *z;
3395         struct zonelist *zonelist;
3396
3397         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3398         pos = 0;
3399         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
3400                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
3401                         node = node_order[j];
3402                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
3403                         if (populated_zone(z)) {
3404                                 zoneref_set_zone(z,
3405                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
3406                                 check_highest_zone(zone_type);
3407                         }
3408                 }
3409         }
3410         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
3411         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
3412 }
3413
3414 static int default_zonelist_order(void)
3415 {
3416         int nid, zone_type;
3417         unsigned long low_kmem_size,total_size;
3418         struct zone *z;
3419         int average_size;
3420         /*
3421          * ZONE_DMA and ZONE_DMA32 can be very small area in the system.
3422          * If they are really small and used heavily, the system can fall
3423          * into OOM very easily.
3424          * This function detect ZONE_DMA/DMA32 size and configures zone order.
3425          */
3426         /* Is there ZONE_NORMAL ? (ex. ppc has only DMA zone..) */
3427         low_kmem_size = 0;
3428         total_size = 0;
3429         for_each_online_node(nid) {
3430                 for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
3431                         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone_type];
3432                         if (populated_zone(z)) {
3433                                 if (zone_type < ZONE_NORMAL)
3434                                         low_kmem_size += z->present_pages;
3435                                 total_size += z->present_pages;
3436                         } else if (zone_type == ZONE_NORMAL) {
3437                                 /*
3438                                  * If any node has only lowmem, then node order
3439                                  * is preferred to allow kernel allocations
3440                                  * locally; otherwise, they can easily infringe
3441                                  * on other nodes when there is an abundance of
3442                                  * lowmem available to allocate from.
3443                                  */
3444                                 return ZONELIST_ORDER_NODE;
3445                         }
3446                 }
3447         }
3448         if (!low_kmem_size ||  /* there are no DMA area. */
3449             low_kmem_size > total_size/2) /* DMA/DMA32 is big. */
3450                 return ZONELIST_ORDER_NODE;
3451         /*
3452          * look into each node's config.
3453          * If there is a node whose DMA/DMA32 memory is very big area on
3454          * local memory, NODE_ORDER may be suitable.
3455          */
3456         average_size = total_size /
3457                                 (nodes_weight(node_states[N_MEMORY]) + 1);
3458         for_each_online_node(nid) {
3459                 low_kmem_size = 0;
3460                 total_size = 0;
3461                 for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
3462                         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone_type];
3463                         if (populated_zone(z)) {
3464                                 if (zone_type < ZONE_NORMAL)
3465                                         low_kmem_size += z->present_pages;
3466                                 total_size += z->present_pages;
3467                         }
3468                 }
3469                 if (low_kmem_size &&
3470                     total_size > average_size && /* ignore small node */
3471                     low_kmem_size > total_size * 70/100)
3472                         return ZONELIST_ORDER_NODE;
3473         }
3474         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
3475 }
3476
3477 static void set_zonelist_order(void)
3478 {
3479         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
3480                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
3481         else
3482                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
3483 }
3484
3485 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3486 {
3487         int j, node, load;
3488         enum zone_type i;
3489         nodemask_t used_mask;
3490         int local_node, prev_node;
3491         struct zonelist *zonelist;
3492         int order = current_zonelist_order;
3493
3494         /* initialize zonelists */
3495         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
3496                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
3497                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
3498                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
3499         }
3500
3501         /* NUMA-aware ordering of nodes */
3502         local_node = pgdat->node_id;
3503         load = nr_online_nodes;
3504         prev_node = local_node;
3505         nodes_clear(used_mask);
3506
3507         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
3508         j = 0;
3509
3510         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
3511                 /*
3512                  * We don't want to pressure a particular node.
3513                  * So adding penalty to the first node in same
3514                  * distance group to make it round-robin.
3515                  */
3516                 if (node_distance(local_node, node) !=
3517                     node_distance(local_node, prev_node))
3518                         node_load[node] = load;
3519
3520                 prev_node = node;
3521                 load--;
3522                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
3523                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
3524                 else
3525                         node_order[j++] = node; /* remember order */
3526         }
3527
3528         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
3529                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
3530                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
3531         }
3532
3533         build_thisnode_zonelists(pgdat);
3534 }
3535
3536 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
3537 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3538 {
3539         struct zonelist *zonelist;
3540         struct zonelist_cache *zlc;
3541         struct zoneref *z;
3542
3543         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3544         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
3545         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
3546         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
3547                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
3548 }
3549
3550 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3551 /*
3552  * Return node id of node used for "local" allocations.
3553  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
3554  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
3555  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
3556  */
3557 int local_memory_node(int node)
3558 {
3559         struct zone *zone;
3560
3561         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
3562                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
3563                                    NULL,
3564                                    &zone);
3565         return zone->node;
3566 }
3567 #endif
3568
3569 #else   /* CONFIG_NUMA */
3570
3571 static void set_zonelist_order(void)
3572 {
3573         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3574 }
3575
3576 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3577 {
3578         int node, local_node;
3579         enum zone_type j;
3580         struct zonelist *zonelist;
3581
3582         local_node = pgdat->node_id;
3583
3584         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3585         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0, MAX_NR_ZONES - 1);
3586
3587         /*
3588          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
3589          * of all the other nodes.
3590          * We don't want to pressure a particular node, so when
3591          * building the zones for node N, we make sure that the
3592          * zones coming right after the local ones are those from
3593          * node N+1 (modulo N)
3594          */
3595         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
3596                 if (!node_online(node))
3597                         continue;
3598                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j,
3599                                                         MAX_NR_ZONES - 1);
3600         }
3601         for (node = 0; node < local_node; node++) {
3602                 if (!node_online(node))
3603                         continue;
3604                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j,
3605                                                         MAX_NR_ZONES - 1);
3606         }
3607
3608         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3609         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3610 }
3611
3612 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
3613 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3614 {
3615         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
3616 }
3617
3618 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3619
3620 /*
3621  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
3622  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
3623  * that an item put on a list will immediately be handed over to
3624  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
3625  * with interrupts disabled.
3626  *
3627  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
3628  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
3629  * hotplugged processors.
3630  *
3631  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
3632  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
3633  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
3634  */
3635 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
3636 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
3637 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
3638
3639 /*
3640  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
3641  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
3642  */
3643 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
3644
3645 /* return values int ....just for stop_machine() */
3646 static int __build_all_zonelists(void *data)
3647 {
3648         int nid;
3649         int cpu;
3650         pg_data_t *self = data;
3651
3652 #ifdef CONFIG_NUMA
3653         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
3654 #endif
3655
3656         if (self && !node_online(self->node_id)) {
3657                 build_zonelists(self);
3658                 build_zonelist_cache(self);
3659         }
3660
3661         for_each_online_node(nid) {
3662                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3663
3664                 build_zonelists(pgdat);
3665                 build_zonelist_cache(pgdat);
3666         }
3667
3668         /*
3669          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
3670          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
3671          * each zone will be allocated later when the per cpu
3672          * allocator is available.
3673          *
3674          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
3675          * cpus if the system is already booted because the pagesets
3676          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
3677          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
3678          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
3679          * (a chicken-egg dilemma).
3680          */
3681         for_each_possible_cpu(cpu) {
3682                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
3683
3684 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3685                 /*
3686                  * We now know the "local memory node" for each node--
3687                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
3688                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
3689                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
3690                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
3691                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
3692                  */
3693                 if (cpu_online(cpu))
3694                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
3695 #endif
3696         }
3697
3698         return 0;
3699 }
3700
3701 /*
3702  * Called with zonelists_mutex held always
3703  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
3704  */
3705 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
3706 {
3707         set_zonelist_order();
3708
3709         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
3710                 __build_all_zonelists(NULL);
3711                 mminit_verify_zonelist();
3712                 cpuset_init_current_mems_allowed();
3713         } else {
3714 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3715                 if (zone)
3716                         setup_zone_pageset(zone);
3717 #endif
3718                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
3719                    of zonelist */
3720                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
3721                 /* cpuset refresh routine should be here */
3722         }
3723         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
3724         /*
3725          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
3726          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
3727          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
3728          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
3729          * disabled and enable it later
3730          */
3731         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
3732                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
3733         else
3734                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
3735
3736         printk("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
3737                 "Total pages: %ld\n",
3738                         nr_online_nodes,
3739                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
3740                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
3741                         vm_total_pages);
3742 #ifdef CONFIG_NUMA
3743         printk("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
3744 #endif
3745 }
3746
3747 /*
3748  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
3749  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
3750  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
3751  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
3752  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
3753  * conservative, even though it seems large.
3754  *
3755  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
3756  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
3757  */
3758 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
3759
3760 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3761 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3762 {
3763         unsigned long size = 1;
3764
3765         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
3766
3767         while (size < pages)
3768                 size <<= 1;
3769
3770         /*
3771          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
3772          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
3773          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
3774          */
3775         size = min(size, 4096UL);
3776
3777         return max(size, 4UL);
3778 }
3779 #else
3780 /*
3781  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
3782  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
3783  *
3784  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
3785  *
3786  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
3787  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
3788  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
3789  *
3790  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
3791  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
3792  *
3793  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
3794  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
3795  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
3796  */
3797 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3798 {
3799         return 4096UL;
3800 }
3801 #endif
3802
3803 /*
3804  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
3805  * to extract the more random high bits from the multiplicative
3806  * hash function before the remainder is taken.
3807  */
3808 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
3809 {
3810         return ffz(~size);
3811 }
3812
3813 #define LONG_ALIGN(x) (((x)+(sizeof(long))-1)&~((sizeof(long))-1))
3814
3815 /*
3816  * Check if a pageblock contains reserved pages
3817  */
3818 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
3819 {
3820         unsigned long pfn;
3821
3822         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
3823                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
3824                         return 1;
3825         }
3826         return 0;
3827 }
3828
3829 /*
3830  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
3831  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
3832  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
3833  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
3834  * blocks as reclaim kicks in
3835  */
3836 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
3837 {
3838         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
3839         struct page *page;
3840         unsigned long block_migratetype;
3841         int reserve;
3842
3843         /*
3844          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
3845          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
3846          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
3847          * the block.
3848          */
3849         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
3850         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
3851         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
3852         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
3853                                                         pageblock_order;
3854
3855         /*
3856          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
3857          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
3858          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
3859          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
3860          * future allocation of hugepages at runtime.
3861          */
3862         reserve = min(2, reserve);
3863
3864         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
3865                 if (!pfn_valid(pfn))
3866                         continue;
3867                 page = pfn_to_page(pfn);
3868
3869                 /* Watch out for overlapping nodes */
3870                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
3871                         continue;
3872
3873                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
3874
3875                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
3876                 if (reserve > 0) {
3877                         /*
3878                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
3879                          * them.
3880                          */
3881                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
3882                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
3883                                 continue;
3884
3885                         /* If this block is reserved, account for it */
3886                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
3887                                 reserve--;
3888                                 continue;
3889                         }
3890
3891                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
3892                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
3893                                 set_pageblock_migratetype(page,
3894                                                         MIGRATE_RESERVE);
3895                                 move_freepages_block(zone, page,
3896                                                         MIGRATE_RESERVE);
3897                                 reserve--;
3898                                 continue;
3899                         }
3900                 }
3901
3902                 /*
3903                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
3904                  * take it back
3905                  */
3906                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
3907                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
3908                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
3909                 }
3910         }
3911 }
3912
3913 /*
3914  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
3915  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
3916  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
3917  */
3918 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
3919                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
3920 {
3921         struct page *page;
3922         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
3923         unsigned long pfn;
3924         struct zone *z;
3925
3926         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
3927                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
3928
3929         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone];
3930         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
3931                 /*
3932                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
3933                  * handed to this function.  They do not
3934                  * exist on hotplugged memory.
3935                  */
3936                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
3937                         if (!early_pfn_valid(pfn))
3938                                 continue;
3939                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
3940                                 continue;
3941                 }
3942                 page = pfn_to_page(pfn);
3943                 set_page_links(page, zone, nid, pfn);
3944                 mminit_verify_page_links(page, zone, nid, pfn);
3945                 init_page_count(page);
3946                 page_mapcount_reset(page);
3947                 page_nid_reset_last(page);
3948                 SetPageReserved(page);
3949                 /*
3950                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
3951                  * movable at startup. This will force kernel allocations
3952                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
3953                  * the address space during boot when many long-lived
3954                  * kernel allocations are made. Later some blocks near
3955                  * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
3956                  * setup_zone_migrate_reserve()
3957                  *
3958                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
3959                  * can be created for invalid pages (for alignment)
3960                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
3961                  * pfn out of zone.
3962                  */
3963                 if ((z->zone_start_pfn <= pfn)
3964                     && (pfn < zone_end_pfn(z))
3965                     && !(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)))
3966                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
3967
3968                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
3969 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
3970                 /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
3971                 if (!is_highmem_idx(zone))
3972                         set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
3973 #endif
3974         }
3975 }
3976
3977 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
3978 {
3979         int order, t;
3980         for_each_migratetype_order(order, t) {
3981                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
3982                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
3983         }
3984 }
3985
3986 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
3987 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
3988         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
3989 #endif
3990
3991 static int __meminit zone_batchsize(struct zone *zone)
3992 {
3993 #ifdef CONFIG_MMU
3994         int batch;
3995
3996         /*
3997          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
3998          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
3999          *
4000          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4001          */
4002         batch = zone->managed_pages / 1024;
4003         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4004                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4005         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4006         if (batch < 1)
4007                 batch = 1;
4008
4009         /*
4010          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4011          * of 2 value was found to be more likely to have
4012          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4013          *
4014          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4015          * batches of pages, one task can end up with a lot
4016          * of pages of one half of the possible page colors
4017          * and the other with pages of the other colors.
4018          */
4019         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4020
4021         return batch;
4022
4023 #else
4024         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4025          * conditions.
4026          *
4027          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4028          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4029          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4030          *
4031          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4032          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4033          * can be a significant delay between the individual batches being
4034          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4035          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4036          */
4037         return 0;
4038 #endif
4039 }
4040
4041 /*
4042  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4043  * ->batch must never be higher then ->high.
4044  * The following function updates them in a safe manner without read side
4045  * locking.
4046  *
4047  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4048  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4049  *
4050  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4051  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4052  * exist).
4053  */
4054 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4055                 unsigned long batch)
4056 {
4057        /* start with a fail safe value for batch */
4058         pcp->batch = 1;
4059         smp_wmb();
4060
4061        /* Update high, then batch, in order */
4062         pcp->high = high;
4063         smp_wmb();
4064
4065         pcp->batch = batch;
4066 }
4067
4068 /* a companion to setup_pagelist_highmark() */
4069 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4070 {
4071         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4072 }
4073
4074 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4075 {
4076         struct per_cpu_pages *pcp;
4077         int migratetype;
4078
4079         memset(p, 0, sizeof(*p));
4080
4081         pcp = &p->pcp;
4082         pcp->count = 0;
4083         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4084                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4085 }
4086
4087 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4088 {
4089         pageset_init(p);
4090         pageset_set_batch(p, batch);
4091 }
4092
4093 /*
4094  * setup_pagelist_highmark() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4095  * to the value high for the pageset p.
4096  */
4097 static void setup_pagelist_highmark(struct per_cpu_pageset *p,
4098                                 unsigned long high)
4099 {
4100         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4101         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4102                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4103
4104         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4105 }
4106
4107 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4108 {
4109         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4110
4111         pageset_init(pcp);
4112         if (percpu_pagelist_fraction)
4113                 setup_pagelist_highmark(pcp,
4114                         (zone->managed_pages /
4115                                 percpu_pagelist_fraction));
4116         else
4117                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4118 }
4119
4120 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4121 {
4122         int cpu;
4123         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4124         for_each_possible_cpu(cpu)
4125                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4126 }
4127
4128 /*
4129  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4130  * Before this call only boot pagesets were available.
4131  */
4132 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4133 {
4134         struct zone *zone;
4135
4136         for_each_populated_zone(zone)
4137                 setup_zone_pageset(zone);
4138 }
4139
4140 static noinline __init_refok
4141 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4142 {
4143         int i;
4144         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4145         size_t alloc_size;
4146
4147         /*
4148          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4149          * per zone.
4150          */
4151         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4152                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4153         zone->wait_table_bits =
4154                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4155         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4156                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4157
4158         if (!slab_is_available()) {
4159                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4160                         alloc_bootmem_node_nopanic(pgdat, alloc_size);
4161         } else {
4162                 /*
4163                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4164                  * via memory hot-add.
4165                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4166                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4167                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4168                  * node itself as well.
4169                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4170                  * necessary.
4171                  */
4172                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4173         }
4174         if (!zone->wait_table)
4175                 return -ENOMEM;
4176
4177         for(i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4178                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4179
4180         return 0;
4181 }
4182
4183 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4184 {
4185         /*
4186          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4187          * relies on the ability of the linker to provide the
4188          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4189          */
4190         zone->pageset = &boot_pageset;
4191
4192         if (zone->present_pages)
4193                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4194                         zone->name, zone->present_pages,
4195                                          zone_batchsize(zone));
4196 }
4197
4198 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4199                                         unsigned long zone_start_pfn,
4200                                         unsigned long size,
4201                                         enum memmap_context context)
4202 {
4203         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4204         int ret;
4205         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4206         if (ret)
4207                 return ret;
4208         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4209
4210         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4211
4212         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4213                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4214                         pgdat->node_id,
4215                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4216                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4217
4218         zone_init_free_lists(zone);
4219
4220         return 0;
4221 }
4222
4223 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4224 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4225 /*
4226  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4227  * Architectures may implement their own version but if add_active_range()
4228  * was used and there are no special requirements, this is a convenient
4229  * alternative
4230  */
4231 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4232 {
4233         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4234         int i, nid;
4235         /*
4236          * NOTE: The following SMP-unsafe globals are only used early in boot
4237          * when the kernel is running single-threaded.
4238          */
4239         static unsigned long __meminitdata last_start_pfn, last_end_pfn;
4240         static int __meminitdata last_nid;
4241
4242         if (last_start_pfn <= pfn && pfn < last_end_pfn)
4243                 return last_nid;
4244
4245         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
4246                 if (start_pfn <= pfn && pfn < end_pfn) {
4247                         last_start_pfn = start_pfn;
4248                         last_end_pfn = end_pfn;
4249                         last_nid = nid;
4250                         return nid;
4251                 }
4252         /* This is a memory hole */
4253         return -1;
4254 }
4255 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4256
4257 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4258 {
4259         int nid;
4260
4261         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4262         if (nid >= 0)
4263                 return nid;
4264         /* just returns 0 */
4265         return 0;
4266 }
4267
4268 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
4269 bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
4270 {
4271         int nid;
4272
4273         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4274         if (nid >= 0 && nid != node)
4275                 return false;
4276         return true;
4277 }
4278 #endif
4279
4280 /**
4281  * free_bootmem_with_active_regions - Call free_bootmem_node for each active range
4282  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4283  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to free_bootmem_node
4284  *
4285  * If an architecture guarantees that all ranges registered with
4286  * add_active_ranges() contain no holes and may be freed, this
4287  * this function may be used instead of calling free_bootmem() manually.
4288  */
4289 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4290 {
4291         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4292         int i, this_nid;
4293
4294         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4295                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4296                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4297
4298                 if (start_pfn < end_pfn)
4299                         free_bootmem_node(NODE_DATA(this_nid),
4300                                           PFN_PHYS(start_pfn),
4301                                           (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT);
4302         }
4303 }
4304
4305 /**
4306  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4307  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4308  *
4309  * If an architecture guarantees that all ranges registered with
4310  * add_active_ranges() contain no holes and may be freed, this
4311  * function may be used instead of calling memory_present() manually.
4312  */
4313 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4314 {
4315         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4316         int i, this_nid;
4317
4318         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4319                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4320 }
4321
4322 /**
4323  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4324  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4325  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4326  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4327  *
4328  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4329  * provided by an arch calling add_active_range(). If called for a node
4330  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4331  * PFNs will be 0.
4332  */
4333 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4334                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4335 {
4336         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4337         int i;
4338
4339         *start_pfn = -1UL;
4340         *end_pfn = 0;
4341
4342         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4343                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4344                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4345         }
4346
4347         if (*start_pfn == -1UL)
4348                 *start_pfn = 0;
4349 }
4350
4351 /*
4352  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4353  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4354  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4355  */
4356 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4357 {
4358         int zone_index;
4359         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4360                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4361                         continue;
4362
4363                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4364                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4365                         break;
4366         }
4367
4368         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4369         movable_zone = zone_index;
4370 }
4371
4372 /*
4373  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4374  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4375  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4376  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4377  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4378  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4379  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4380  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4381  */
4382 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4383                                         unsigned long zone_type,
4384                                         unsigned long node_start_pfn,
4385                                         unsigned long node_end_pfn,
4386                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4387                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4388 {
4389         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4390         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4391                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4392                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4393                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4394                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4395                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4396
4397                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4398                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4399                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4400                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4401
4402                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4403                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4404                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4405         }
4406 }
4407
4408 /*
4409  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4410  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4411  */
4412 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4413                                         unsigned long zone_type,
4414                                         unsigned long *ignored)
4415 {
4416         unsigned long node_start_pfn, node_end_pfn;
4417         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4418
4419         /* Get the start and end of the node and zone */
4420         get_pfn_range_for_nid(nid, &node_start_pfn, &node_end_pfn);
4421         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4422         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4423         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4424                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
4425                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4426
4427         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
4428         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
4429                 return 0;
4430
4431         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
4432         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
4433         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
4434
4435         /* Return the spanned pages */
4436         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
4437 }
4438
4439 /*
4440  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
4441  * then all holes in the requested range will be accounted for.
4442  */
4443 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
4444                                 unsigned long range_start_pfn,
4445                                 unsigned long range_end_pfn)
4446 {
4447         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
4448         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4449         int i;
4450
4451         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
4452                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4453                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4454                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
4455         }
4456         return nr_absent;
4457 }
4458
4459 /**
4460  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
4461  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
4462  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
4463  *
4464  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
4465  */
4466 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
4467                                                         unsigned long end_pfn)
4468 {
4469         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
4470 }
4471
4472 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
4473 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4474                                         unsigned long zone_type,
4475                                         unsigned long *ignored)
4476 {
4477         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4478         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4479         unsigned long node_start_pfn, node_end_pfn;
4480         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4481
4482         get_pfn_range_for_nid(nid, &node_start_pfn, &node_end_pfn);
4483         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
4484         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
4485
4486         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4487                         node_start_pfn, node_end_pfn,
4488                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4489         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
4490 }
4491
4492 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4493 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4494                                         unsigned long zone_type,
4495                                         unsigned long *zones_size)
4496 {
4497         return zones_size[zone_type];
4498 }
4499
4500 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4501                                                 unsigned long zone_type,
4502                                                 unsigned long *zholes_size)
4503 {
4504         if (!zholes_size)
4505                 return 0;
4506
4507         return zholes_size[zone_type];
4508 }
4509
4510 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4511
4512 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
4513                 unsigned long *zones_size, unsigned long *zholes_size)
4514 {
4515         unsigned long realtotalpages, totalpages = 0;
4516         enum zone_type i;
4517
4518         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4519                 totalpages += zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4520                                                                 zones_size);
4521         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
4522
4523         realtotalpages = totalpages;
4524         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4525                 realtotalpages -=
4526                         zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4527                                                                 zholes_size);
4528         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
4529         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
4530                                                         realtotalpages);
4531 }
4532
4533 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
4534 /*
4535  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
4536  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
4537  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
4538  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
4539  * bytes.
4540  */
4541 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
4542 {
4543         unsigned long usemapsize;
4544
4545         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
4546         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
4547         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
4548         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
4549         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
4550
4551         return usemapsize / 8;
4552 }
4553
4554 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
4555                                 struct zone *zone,
4556                                 unsigned long zone_start_pfn,
4557                                 unsigned long zonesize)
4558 {
4559         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
4560         zone->pageblock_flags = NULL;
4561         if (usemapsize)
4562                 zone->pageblock_flags = alloc_bootmem_node_nopanic(pgdat,
4563                                                                    usemapsize);
4564 }
4565 #else
4566 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
4567                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
4568 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
4569
4570 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
4571
4572 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
4573 void __init set_pageblock_order(void)
4574 {
4575         unsigned int order;
4576
4577         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
4578         if (pageblock_order)
4579                 return;
4580
4581         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
4582                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
4583         else
4584                 order = MAX_ORDER - 1;
4585
4586         /*
4587          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
4588          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
4589          * powerpc.
4590          */
4591         pageblock_order = order;
4592 }
4593 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4594
4595 /*
4596  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
4597  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
4598  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
4599  * the kernel config
4600  */
4601 void __init set_pageblock_order(void)
4602 {
4603 }
4604
4605 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4606
4607 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
4608                                                    unsigned long present_pages)
4609 {
4610         unsigned long pages = spanned_pages;
4611
4612         /*
4613          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
4614          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
4615          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
4616          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
4617          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
4618          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
4619          */
4620         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
4621             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
4622                 pages = present_pages;
4623
4624         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
4625 }
4626
4627 /*
4628  * Set up the zone data structures:
4629  *   - mark all pages reserved
4630  *   - mark all memory queues empty
4631  *   - clear the memory bitmaps
4632  *
4633  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
4634  */
4635 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
4636                 unsigned long *zones_size, unsigned long *zholes_size)
4637 {
4638         enum zone_type j;
4639         int nid = pgdat->node_id;
4640         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
4641         int ret;
4642
4643         pgdat_resize_init(pgdat);
4644 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
4645         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
4646         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
4647         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
4648 #endif
4649         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
4650         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
4651         pgdat_page_cgroup_init(pgdat);
4652
4653         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
4654                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
4655                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
4656
4657                 size = zone_spanned_pages_in_node(nid, j, zones_size);
4658                 realsize = freesize = size - zone_absent_pages_in_node(nid, j,
4659                                                                 zholes_size);
4660
4661                 /*
4662                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
4663                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
4664                  * and per-cpu initialisations
4665                  */
4666                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
4667                 if (freesize >= memmap_pages) {
4668                         freesize -= memmap_pages;
4669                         if (memmap_pages)
4670                                 printk(KERN_DEBUG
4671                                        "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
4672                                        zone_names[j], memmap_pages);
4673                 } else
4674                         printk(KERN_WARNING
4675                                 "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
4676                                 zone_names[j], memmap_pages, freesize);
4677
4678                 /* Account for reserved pages */
4679                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
4680                         freesize -= dma_reserve;
4681                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
4682                                         zone_names[0], dma_reserve);
4683                 }
4684
4685                 if (!is_highmem_idx(j))
4686                         nr_kernel_pages += freesize;
4687                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
4688                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
4689                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
4690                 nr_all_pages += freesize;
4691
4692                 zone->spanned_pages = size;
4693                 zone->present_pages = realsize;
4694                 /*
4695                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
4696                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
4697                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
4698                  */
4699                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
4700 #ifdef CONFIG_NUMA
4701                 zone->node = nid;
4702                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
4703                                                 / 100;
4704                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
4705 #endif
4706                 zone->name = zone_names[j];
4707                 spin_lock_init(&zone->lock);
4708                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
4709                 zone_seqlock_init(zone);
4710                 zone->zone_pgdat = pgdat;
4711
4712                 zone_pcp_init(zone);
4713                 lruvec_init(&zone->lruvec);
4714                 if (!size)
4715                         continue;
4716
4717                 set_pageblock_order();
4718                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
4719                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
4720                                                 size, MEMMAP_EARLY);
4721                 BUG_ON(ret);
4722                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
4723                 zone_start_pfn += size;
4724         }
4725 }
4726
4727 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
4728 {
4729         /* Skip empty nodes */
4730         if (!pgdat->node_spanned_pages)
4731                 return;
4732
4733 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
4734         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
4735         if (!pgdat->node_mem_map) {
4736                 unsigned long size, start, end;
4737                 struct page *map;
4738
4739                 /*
4740                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
4741                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
4742                  * for the buddy allocator to function correctly.
4743                  */
4744                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
4745                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
4746                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
4747                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
4748                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
4749                 if (!map)
4750                         map = alloc_bootmem_node_nopanic(pgdat, size);
4751                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
4752         }
4753 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
4754         /*
4755          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
4756          */
4757         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
4758                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
4759 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4760                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
4761                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
4762 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4763         }
4764 #endif
4765 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
4766 }
4767
4768 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
4769                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
4770 {
4771         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4772
4773         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
4774         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
4775
4776         pgdat->node_id = nid;
4777         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
4778         init_zone_allows_reclaim(nid);
4779         calculate_node_totalpages(pgdat, zones_size, zholes_size);
4780
4781         alloc_node_mem_map(pgdat);
4782 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
4783         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
4784                 nid, (unsigned long)pgdat,
4785                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
4786 #endif
4787
4788         free_area_init_core(pgdat, zones_size, zholes_size);
4789 }
4790
4791 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4792
4793 #if MAX_NUMNODES > 1
4794 /*
4795  * Figure out the number of possible node ids.
4796  */
4797 void __init setup_nr_node_ids(void)
4798 {
4799         unsigned int node;
4800         unsigned int highest = 0;
4801
4802         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
4803                 highest = node;
4804         nr_node_ids = highest + 1;
4805 }
4806 #endif
4807
4808 /**
4809  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
4810  *
4811  * This function should be called after node map is populated and sorted.
4812  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
4813  * all the nodes.
4814  *
4815  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
4816  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
4817  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
4818  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
4819  *
4820  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
4821  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
4822  * populated node map.
4823  *
4824  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
4825  * requirement (single node).
4826  */
4827 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
4828 {
4829         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
4830         unsigned long start, end, mask;
4831         int last_nid = -1;
4832         int i, nid;
4833
4834         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
4835                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
4836                         last_nid = nid;
4837                         last_end = end;
4838                         continue;
4839                 }
4840
4841                 /*
4842                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
4843                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
4844                  * too coarse to separate the current node from the last.
4845                  */
4846                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
4847                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
4848                         mask <<= 1;
4849
4850                 /* accumulate all internode masks */
4851                 accl_mask |= mask;
4852         }
4853
4854         /* convert mask to number of pages */
4855         return ~accl_mask + 1;
4856 }
4857
4858 /* Find the lowest pfn for a node */
4859 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
4860 {
4861         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
4862         unsigned long start_pfn;
4863         int i;
4864
4865         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
4866                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
4867
4868         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
4869                 printk(KERN_WARNING
4870                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
4871                 return 0;
4872         }
4873
4874         return min_pfn;
4875 }
4876
4877 /**
4878  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
4879  *
4880  * It returns the minimum PFN based on information provided via
4881  * add_active_range().
4882  */
4883 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
4884 {
4885         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
4886 }
4887
4888 /*
4889  * early_calculate_totalpages()
4890  * Sum pages in active regions for movable zone.
4891  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
4892  */
4893 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
4894 {
4895         unsigned long totalpages = 0;
4896         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4897         int i, nid;
4898
4899         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
4900                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
4901
4902                 totalpages += pages;
4903                 if (pages)
4904                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
4905         }
4906         return totalpages;
4907 }
4908
4909 /*
4910  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
4911  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
4912  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
4913  * others
4914  */
4915 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
4916 {
4917         int i, nid;
4918         unsigned long usable_startpfn;
4919         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
4920         /* save the state before borrow the nodemask */
4921         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
4922         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
4923         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
4924
4925         /*
4926          * If movablecore was specified, calculate what size of
4927          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
4928          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
4929          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
4930          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
4931          * what movablecore would have allowed.
4932          */
4933         if (required_movablecore) {
4934                 unsigned long corepages;
4935
4936                 /*
4937                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
4938                  * was requested by the user
4939                  */
4940                 required_movablecore =
4941                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
4942                 corepages = totalpages - required_movablecore;
4943
4944                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
4945         }
4946
4947         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
4948         if (!required_kernelcore)
4949                 goto out;
4950
4951         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
4952         find_usable_zone_for_movable();
4953         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
4954
4955 restart:
4956         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
4957         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
4958         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
4959                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
4960
4961                 /*
4962                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
4963                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
4964                  * amount of memory for the kernel
4965                  */
4966                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
4967                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
4968
4969                 /*
4970                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
4971                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
4972                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
4973                  */
4974                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
4975
4976                 /* Go through each range of PFNs within this node */
4977                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
4978                         unsigned long size_pages;
4979
4980                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
4981                         if (start_pfn >= end_pfn)
4982                                 continue;
4983
4984                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
4985                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
4986                                 unsigned long kernel_pages;
4987                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
4988                                                                 - start_pfn;
4989
4990                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
4991                                                         kernelcore_remaining);
4992                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
4993                                                         required_kernelcore);
4994
4995                                 /* Continue if range is now fully accounted */
4996                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
4997
4998                                         /*
4999                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5000                                          * that if we have to rebalance
5001                                          * kernelcore across nodes, we will
5002                                          * not double account here
5003                                          */
5004                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5005                                         continue;
5006                                 }
5007                                 start_pfn = usable_startpfn;
5008                         }
5009
5010                         /*
5011                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5012                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5013                          * number of pages used as kernelcore
5014                          */
5015                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5016                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5017                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5018                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5019
5020                         /*
5021                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5022                          * break if the kernelcore for this node has been
5023                          * satisified
5024                          */
5025                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5026                                                                 size_pages);
5027                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5028                         if (!kernelcore_remaining)
5029                                 break;
5030                 }
5031         }
5032
5033         /*
5034          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5035          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5036          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5037          * satisified
5038          */
5039         usable_nodes--;
5040         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5041                 goto restart;
5042
5043         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5044         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5045                 zone_movable_pfn[nid] =
5046                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5047
5048 out:
5049         /* restore the node_state */
5050         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5051 }
5052
5053 /* Any regular or high memory on that node ? */
5054 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5055 {
5056         enum zone_type zone_type;
5057
5058         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5059                 return;
5060
5061         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5062                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5063                 if (zone->present_pages) {
5064                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5065                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5066                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5067                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5068                         break;
5069                 }
5070         }
5071 }
5072
5073 /**
5074  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5075  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5076  *
5077  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5078  * Using the page ranges provided by add_active_range(), the size of each
5079  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5080  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5081  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5082  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5083  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5084  * at arch_max_dma_pfn.
5085  */
5086 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5087 {
5088         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5089         int i, nid;
5090
5091         /* Record where the zone boundaries are */
5092         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5093                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5094         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5095                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5096         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5097         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5098         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5099                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5100                         continue;
5101                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5102                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5103                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5104                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5105         }
5106         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5107         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5108
5109         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5110         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5111         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5112
5113         /* Print out the zone ranges */
5114         printk("Zone ranges:\n");
5115         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5116                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5117                         continue;
5118                 printk(KERN_CONT "  %-8s ", zone_names[i]);
5119                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5120                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5121                         printk(KERN_CONT "empty\n");
5122                 else
5123                         printk(KERN_CONT "[mem %0#10lx-%0#10lx]\n",
5124                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] << PAGE_SHIFT,
5125                                 (arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5126                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5127         }
5128
5129         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5130         printk("Movable zone start for each node\n");
5131         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5132                 if (zone_movable_pfn[i])
5133                         printk("  Node %d: %#010lx\n", i,
5134                                zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5135         }
5136
5137         /* Print out the early node map */
5138         printk("Early memory node ranges\n");
5139         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5140                 printk("  node %3d: [mem %#010lx-%#010lx]\n", nid,
5141                        start_pfn << PAGE_SHIFT, (end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5142
5143         /* Initialise every node */
5144         mminit_verify_pageflags_layout();
5145         setup_nr_node_ids();
5146         for_each_online_node(nid) {
5147                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5148                 free_area_init_node(nid, NULL,
5149                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5150
5151                 /* Any memory on that node */
5152                 if (pgdat->node_present_pages)
5153                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5154                 check_for_memory(pgdat, nid);
5155         }
5156 }
5157
5158 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5159 {
5160         unsigned long long coremem;
5161         if (!p)
5162                 return -EINVAL;
5163
5164         coremem = memparse(p, &p);
5165         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5166
5167         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5168         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5169
5170         return 0;
5171 }
5172
5173 /*
5174  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5175  * cannot be reclaimed or migrated.
5176  */
5177 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5178 {
5179         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5180 }
5181
5182 /*
5183  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5184  * can be reclaimed or migrated.
5185  */
5186 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5187 {
5188         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5189 }
5190
5191 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5192 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5193
5194 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5195
5196 unsigned long free_reserved_area(unsigned long start, unsigned long end,
5197                                  int poison, char *s)
5198 {
5199         unsigned long pages, pos;
5200
5201         pos = start = PAGE_ALIGN(start);
5202         end &= PAGE_MASK;
5203         for (pages = 0; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5204                 if (poison)
5205                         memset((void *)pos, poison, PAGE_SIZE);
5206                 free_reserved_page(virt_to_page((void *)pos));
5207         }
5208
5209         if (pages && s)
5210                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%lx - %lx)\n",
5211                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5212
5213         return pages;
5214 }
5215
5216 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5217 void free_highmem_page(struct page *page)
5218 {
5219         __free_reserved_page(page);
5220         totalram_pages++;
5221         totalhigh_pages++;
5222 }
5223 #endif
5224
5225 /**
5226  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5227  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5228  *
5229  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5230  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5231  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5232  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5233  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5234  * smaller per-cpu batchsize.
5235  */
5236 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5237 {
5238         dma_reserve = new_dma_reserve;
5239 }
5240
5241 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5242 {
5243         free_area_init_node(0, zones_size,
5244                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5245 }
5246
5247 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5248                                  unsigned long action, void *hcpu)
5249 {
5250         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5251
5252         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5253                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5254                 drain_pages(cpu);
5255
5256                 /*
5257                  * Spill the event counters of the dead processor
5258                  * into the current processors event counters.
5259                  * This artificially elevates the count of the current
5260                  * processor.
5261                  */
5262                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5263
5264                 /*
5265                  * Zero the differential counters of the dead processor
5266                  * so that the vm statistics are consistent.
5267                  *
5268                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5269                  * race with what we are doing.
5270                  */
5271                 refresh_cpu_vm_stats(cpu);
5272         }
5273         return NOTIFY_OK;
5274 }
5275
5276 void __init page_alloc_init(void)
5277 {
5278         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5279 }
5280
5281 /*
5282  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
5283  *      or min_free_kbytes changes.
5284  */
5285 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5286 {
5287         struct pglist_data *pgdat;
5288         unsigned long reserve_pages = 0;
5289         enum zone_type i, j;
5290
5291         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5292                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5293                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5294                         unsigned long max = 0;
5295
5296                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5297                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5298                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5299                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5300                         }
5301
5302                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5303                         max += high_wmark_pages(zone);
5304
5305                         if (max > zone->managed_pages)
5306                                 max = zone->managed_pages;
5307                         reserve_pages += max;
5308                         /*
5309                          * Lowmem reserves are not available to
5310                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
5311                          * kswapd tries to balance zones to their high
5312                          * watermark.  As a result, neither should be
5313                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
5314                          * situation where reclaim has to clean pages
5315                          * in order to balance the zones.
5316                          */
5317                         zone->dirty_balance_reserve = max;
5318                 }
5319         }
5320         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
5321         totalreserve_pages = reserve_pages;
5322 }
5323
5324 /*
5325  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5326  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5327  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5328  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5329  */
5330 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5331 {
5332         struct pglist_data *pgdat;
5333         enum zone_type j, idx;
5334
5335         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5336                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5337                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5338                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
5339
5340                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5341
5342                         idx = j;
5343                         while (idx) {
5344                                 struct zone *lower_zone;
5345
5346                                 idx--;
5347
5348                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
5349                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
5350
5351                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
5352                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
5353                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
5354                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
5355                         }
5356                 }
5357         }
5358
5359         /* update totalreserve_pages */
5360         calculate_totalreserve_pages();
5361 }
5362
5363 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5364 {
5365         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5366         unsigned long lowmem_pages = 0;
5367         struct zone *zone;
5368         unsigned long flags;
5369
5370         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
5371         for_each_zone(zone) {
5372                 if (!is_highmem(zone))
5373                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
5374         }
5375
5376         for_each_zone(zone) {
5377                 u64 tmp;
5378
5379                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5380                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
5381                 do_div(tmp, lowmem_pages);
5382                 if (is_highmem(zone)) {
5383                         /*
5384                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5385                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
5386                          * value here.
5387                          *
5388                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5389                          * deltas controls asynch page reclaim, and so should
5390                          * not be capped for highmem.
5391                          */
5392                         unsigned long min_pages;
5393
5394                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
5395                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5396                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5397                 } else {
5398                         /*
5399                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5400                          * proportionate to the zone's size.
5401                          */
5402                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5403                 }
5404
5405                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
5406                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
5407
5408                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
5409                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5410         }
5411
5412         /* update totalreserve_pages */
5413         calculate_totalreserve_pages();
5414 }
5415
5416 /**
5417  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5418  * or when memory is hot-{added|removed}
5419  *
5420  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5421  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5422  */
5423 void setup_per_zone_wmarks(void)
5424 {
5425         mutex_lock(&zonelists_mutex);
5426         __setup_per_zone_wmarks();
5427         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
5428 }
5429
5430 /*
5431  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
5432  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
5433  * to be referenced again before it is swapped out.
5434  *
5435  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
5436  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
5437  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
5438  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
5439  *
5440  * total     target    max
5441  * memory    ratio     inactive anon
5442  * -------------------------------------
5443  *   10MB       1         5MB
5444  *  100MB       1        50MB
5445  *    1GB       3       250MB
5446  *   10GB      10       0.9GB
5447  *  100GB      31         3GB
5448  *    1TB     101        10GB
5449  *   10TB     320        32GB
5450  */
5451 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
5452 {
5453         unsigned int gb, ratio;
5454
5455         /* Zone size in gigabytes */
5456         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
5457         if (gb)
5458                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
5459         else
5460                 ratio = 1;
5461
5462         zone->inactive_ratio = ratio;
5463 }
5464
5465 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
5466 {
5467         struct zone *zone;
5468
5469         for_each_zone(zone)
5470                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
5471 }
5472
5473 /*
5474  * Initialise min_free_kbytes.
5475  *
5476  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5477  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
5478  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5479  *
5480  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5481  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5482  *
5483  * which yields
5484  *
5485  * 16MB:        512k
5486  * 32MB:        724k
5487  * 64MB:        1024k
5488  * 128MB:       1448k
5489  * 256MB:       2048k
5490  * 512MB:       2896k
5491  * 1024MB:      4096k
5492  * 2048MB:      5792k
5493  * 4096MB:      8192k
5494  * 8192MB:      11584k
5495  * 16384MB:     16384k
5496  */
5497 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5498 {
5499         unsigned long lowmem_kbytes;
5500
5501         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5502
5503         min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5504         if (min_free_kbytes < 128)
5505                 min_free_kbytes = 128;
5506         if (min_free_kbytes > 65536)
5507                 min_free_kbytes = 65536;
5508         setup_per_zone_wmarks();
5509         refresh_zone_stat_thresholds();
5510         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5511         setup_per_zone_inactive_ratio();
5512         return 0;
5513 }
5514 module_init(init_per_zone_wmark_min)
5515
5516 /*
5517  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so 
5518  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5519  *      changes.
5520  */
5521 int min_free_kbytes_sysctl_handler(ctl_table *table, int write, 
5522         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5523 {
5524         proc_dointvec(table, write, buffer, length, ppos);
5525         if (write)
5526                 setup_per_zone_wmarks();
5527         return 0;
5528 }
5529
5530 #ifdef CONFIG_NUMA
5531 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5532         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5533 {
5534         struct zone *zone;
5535         int rc;
5536
5537         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5538         if (rc)
5539                 return rc;
5540
5541         for_each_zone(zone)
5542                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
5543                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
5544         return 0;
5545 }
5546
5547 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5548         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5549 {
5550         struct zone *zone;
5551         int rc;
5552
5553         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5554         if (rc)
5555                 return rc;
5556
5557         for_each_zone(zone)
5558                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
5559                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5560         return 0;
5561 }
5562 #endif
5563
5564 /*
5565  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
5566  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
5567  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
5568  *
5569  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
5570  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
5571  * if in function of the boot time zone sizes.
5572  */
5573 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5574         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5575 {
5576         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5577         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5578         return 0;
5579 }
5580
5581 /*
5582  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
5583  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu pagelist
5584  * can have before it gets flushed back to buddy allocator.
5585  */
5586 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5587         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5588 {
5589         struct zone *zone;
5590         unsigned int cpu;
5591         int ret;
5592
5593         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5594         if (!write || (ret < 0))
5595                 return ret;
5596
5597         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5598         for_each_populated_zone(zone) {
5599                 unsigned long  high;
5600                 high = zone->managed_pages / percpu_pagelist_fraction;
5601                 for_each_possible_cpu(cpu)
5602                         setup_pagelist_highmark(
5603                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu), high);
5604         }
5605         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5606         return 0;
5607 }
5608
5609 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
5610
5611 #ifdef CONFIG_NUMA
5612 static int __init set_hashdist(char *str)
5613 {
5614         if (!str)
5615                 return 0;
5616         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
5617         return 1;
5618 }
5619 __setup("hashdist=", set_hashdist);
5620 #endif
5621
5622 /*
5623  * allocate a large system hash table from bootmem
5624  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
5625  *   quantity of entries
5626  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
5627  */
5628 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
5629                                      unsigned long bucketsize,
5630                                      unsigned long numentries,
5631                                      int scale,
5632                                      int flags,
5633                                      unsigned int *_hash_shift,
5634                                      unsigned int *_hash_mask,
5635                                      unsigned long low_limit,
5636                                      unsigned long high_limit)
5637 {
5638         unsigned long long max = high_limit;
5639         unsigned long log2qty, size;
5640         void *table = NULL;
5641
5642         /* allow the kernel cmdline to have a say */
5643         if (!numentries) {
5644                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
5645                 numentries = nr_kernel_pages;
5646                 numentries += (1UL << (20 - PAGE_SHIFT)) - 1;
5647                 numentries >>= 20 - PAGE_SHIFT;
5648                 numentries <<= 20 - PAGE_SHIFT;
5649
5650                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
5651                 if (scale > PAGE_SHIFT)
5652                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
5653                 else
5654                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
5655
5656                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
5657                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
5658                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
5659                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
5660                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
5661                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
5662                                 BUG_ON(!numentries);
5663                         }
5664                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
5665                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
5666         }
5667         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
5668
5669         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
5670         if (max == 0) {
5671                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
5672                 do_div(max, bucketsize);
5673         }
5674         max = min(max, 0x80000000ULL);
5675
5676         if (numentries < low_limit)
5677                 numentries = low_limit;
5678         if (numentries > max)
5679                 numentries = max;
5680
5681         log2qty = ilog2(numentries);
5682
5683         do {
5684                 size = bucketsize << log2qty;
5685                 if (flags & HASH_EARLY)
5686                         table = alloc_bootmem_nopanic(size);
5687                 else if (hashdist)
5688                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
5689                 else {
5690                         /*
5691                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
5692                          * some pages at the end of hash table which
5693                          * alloc_pages_exact() automatically does
5694                          */
5695                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
5696                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
5697                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
5698                         }
5699                 }
5700         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
5701
5702         if (!table)
5703                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
5704
5705         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
5706                tablename,
5707                (1UL << log2qty),
5708                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
5709                size);
5710
5711         if (_hash_shift)
5712                 *_hash_shift = log2qty;
5713         if (_hash_mask)
5714                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
5715
5716         return table;
5717 }
5718
5719 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
5720 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
5721                                                         unsigned long pfn)
5722 {
5723 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
5724         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
5725 #else
5726         return zone->pageblock_flags;
5727 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5728 }
5729
5730 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
5731 {
5732 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
5733         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
5734         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
5735 #else
5736         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
5737         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
5738 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5739 }
5740
5741 /**
5742  * get_pageblock_flags_group - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
5743  * @page: The page within the block of interest
5744  * @start_bitidx: The first bit of interest to retrieve
5745  * @end_bitidx: The last bit of interest
5746  * returns pageblock_bits flags
5747  */
5748 unsigned long get_pageblock_flags_group(struct page *page,
5749                                         int start_bitidx, int end_bitidx)
5750 {
5751         struct zone *zone;
5752         unsigned long *bitmap;
5753         unsigned long pfn, bitidx;
5754         unsigned long flags = 0;
5755         unsigned long value = 1;
5756
5757         zone = page_zone(page);
5758         pfn = page_to_pfn(page);
5759         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
5760         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
5761
5762         for (; start_bitidx <= end_bitidx; start_bitidx++, value <<= 1)
5763                 if (test_bit(bitidx + start_bitidx, bitmap))
5764                         flags |= value;
5765
5766         return flags;
5767 }
5768
5769 /**
5770  * set_pageblock_flags_group - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
5771  * @page: The page within the block of interest
5772  * @start_bitidx: The first bit of interest
5773  * @end_bitidx: The last bit of interest
5774  * @flags: The flags to set
5775  */
5776 void set_pageblock_flags_group(struct page *page, unsigned long flags,
5777                                         int start_bitidx, int end_bitidx)
5778 {
5779         struct zone *zone;
5780         unsigned long *bitmap;
5781         unsigned long pfn, bitidx;
5782         unsigned long value = 1;
5783
5784         zone = page_zone(page);
5785         pfn = page_to_pfn(page);
5786         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
5787         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
5788         VM_BUG_ON(!zone_spans_pfn(zone, pfn));
5789
5790         for (; start_bitidx <= end_bitidx; start_bitidx++, value <<= 1)
5791                 if (flags & value)
5792                         __set_bit(bitidx + start_bitidx, bitmap);
5793                 else
5794                         __clear_bit(bitidx + start_bitidx, bitmap);
5795 }
5796
5797 /*
5798  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
5799  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
5800  *
5801  * PageLRU check wihtout isolation or lru_lock could race so that
5802  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
5803  * expect this function should be exact.
5804  */
5805 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
5806                          bool skip_hwpoisoned_pages)
5807 {
5808         unsigned long pfn, iter, found;
5809         int mt;
5810
5811         /*
5812          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
5813          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
5814          */
5815         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
5816                 return false;
5817         mt = get_pageblock_migratetype(page);
5818         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
5819                 return false;
5820
5821         pfn = page_to_pfn(page);
5822         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
5823                 unsigned long check = pfn + iter;
5824
5825                 if (!pfn_valid_within(check))
5826                         continue;
5827
5828                 page = pfn_to_page(check);
5829                 /*
5830                  * We can't use page_count without pin a page
5831                  * because another CPU can free compound page.
5832                  * This check already skips compound tails of THP
5833                  * because their page->_count is zero at all time.
5834                  */
5835                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
5836                         if (PageBuddy(page))
5837                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
5838                         continue;
5839                 }
5840
5841                 /*
5842                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
5843                  * page_count() is not 0.
5844                  */
5845                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
5846                         continue;
5847
5848                 if (!PageLRU(page))
5849                         found++;
5850                 /*
5851                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check it.
5852                  * But now, memory offline itself doesn't call shrink_slab()
5853                  * and it still to be fixed.
5854                  */
5855                 /*
5856                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
5857                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
5858                  *
5859                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
5860                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
5861                  * page at boot.
5862                  */
5863                 if (found > count)
5864                         return true;
5865         }
5866         return false;
5867 }
5868
5869 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
5870 {
5871         struct zone *zone;
5872         unsigned long pfn;
5873
5874         /*
5875          * We have to be careful here because we are iterating over memory
5876          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
5877          * the zone but still within the section.
5878          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
5879          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
5880          */
5881         if (!node_online(page_to_nid(page)))
5882                 return false;
5883
5884         zone = page_zone(page);
5885         pfn = page_to_pfn(page);
5886         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
5887                 return false;
5888
5889         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
5890 }
5891
5892 #ifdef CONFIG_CMA
5893
5894 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
5895 {
5896         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
5897                              pageblock_nr_pages) - 1);
5898 }
5899
5900 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
5901 {
5902         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
5903                                 pageblock_nr_pages));
5904 }
5905
5906 /* [start, end) must belong to a single zone. */
5907 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
5908                                         unsigned long start, unsigned long end)
5909 {
5910         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
5911         unsigned long nr_reclaimed;
5912         unsigned long pfn = start;
5913         unsigned int tries = 0;
5914         int ret = 0;
5915
5916         migrate_prep();
5917
5918         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
5919                 if (fatal_signal_pending(current)) {
5920                         ret = -EINTR;
5921                         break;
5922                 }
5923
5924                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
5925                         cc->nr_migratepages = 0;
5926                         pfn = isolate_migratepages_range(cc->zone, cc,
5927                                                          pfn, end, true);
5928                         if (!pfn) {
5929                                 ret = -EINTR;
5930                                 break;
5931                         }
5932                         tries = 0;
5933                 } else if (++tries == 5) {
5934                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
5935                         break;
5936                 }
5937
5938                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
5939                                                         &cc->migratepages);
5940                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
5941
5942                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
5943                                     0, MIGRATE_SYNC, MR_CMA);
5944         }
5945         if (ret < 0) {
5946                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
5947                 return ret;
5948         }
5949         return 0;
5950 }
5951
5952 /**
5953  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
5954  * @start:      start PFN to allocate
5955  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
5956  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
5957  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
5958  *                      in range must have the same migratetype and it must
5959  *                      be either of the two.
5960  *
5961  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
5962  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
5963  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
5964  * pages fall in.
5965  *
5966  * The PFN range must belong to a single zone.
5967  *
5968  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
5969  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
5970  * need to be freed with free_contig_range().
5971  */
5972 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
5973                        unsigned migratetype)
5974 {
5975         unsigned long outer_start, outer_end;
5976         int ret = 0, order;
5977
5978         struct compact_control cc = {
5979                 .nr_migratepages = 0,
5980                 .order = -1,
5981                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
5982                 .sync = true,
5983                 .ignore_skip_hint = true,
5984         };
5985         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
5986
5987         /*
5988          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
5989          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
5990          * have different sizes, and due to the way page allocator
5991          * work, we align the range to biggest of the two pages so
5992          * that page allocator won't try to merge buddies from
5993          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
5994          * other migration type.
5995          *
5996          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
5997          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
5998          * we are interested in).  This will put all the pages in
5999          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6000          *
6001          * When this is done, we take the pages in range from page
6002          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6003          * page allocator will never consider using them.
6004          *
6005          * This lets us mark the pageblocks back as
6006          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6007          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6008          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6009          */
6010
6011         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6012                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6013                                        false);
6014         if (ret)
6015                 return ret;
6016
6017         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6018         if (ret)
6019                 goto done;
6020
6021         /*
6022          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6023          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6024          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6025          * What we are going to do is to allocate all pages from
6026          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6027          *
6028          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6029          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6030          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6031          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6032          * once this is done free the pages we are not interested in.
6033          *
6034          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6035          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6036          */
6037
6038         lru_add_drain_all();
6039         drain_all_pages();
6040
6041         order = 0;
6042         outer_start = start;
6043         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6044                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6045                         ret = -EBUSY;
6046                         goto done;
6047                 }
6048                 outer_start &= ~0UL << order;
6049         }
6050
6051         /* Make sure the range is really isolated. */
6052         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6053                 pr_warn("alloc_contig_range test_pages_isolated(%lx, %lx) failed\n",
6054                        outer_start, end);
6055                 ret = -EBUSY;
6056                 goto done;
6057         }
6058
6059
6060         /* Grab isolated pages from freelists. */
6061         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6062         if (!outer_end) {
6063                 ret = -EBUSY;
6064                 goto done;
6065         }
6066
6067         /* Free head and tail (if any) */
6068         if (start != outer_start)
6069                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6070         if (end != outer_end)
6071                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6072
6073 done:
6074         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6075                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6076         return ret;
6077 }
6078
6079 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6080 {
6081         unsigned int count = 0;
6082
6083         for (; nr_pages--; pfn++) {
6084                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6085
6086                 count += page_count(page) != 1;
6087                 __free_page(page);
6088         }
6089         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6090 }
6091 #endif
6092
6093 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6094 /*
6095  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6096  * page high values need to be recalulated.
6097  */
6098 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6099 {
6100         unsigned cpu;
6101         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6102         for_each_possible_cpu(cpu)
6103                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6104         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6105 }
6106 #endif
6107
6108 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6109 {
6110         unsigned long flags;
6111         int cpu;
6112         struct per_cpu_pageset *pset;
6113
6114         /* avoid races with drain_pages()  */
6115         local_irq_save(flags);
6116         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6117                 for_each_online_cpu(cpu) {
6118                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6119                         drain_zonestat(zone, pset);
6120                 }
6121                 free_percpu(zone->pageset);
6122                 zone->pageset = &boot_pageset;
6123         }
6124         local_irq_restore(flags);
6125 }
6126
6127 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6128 /*
6129  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6130  */
6131 void
6132 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6133 {
6134         struct page *page;
6135         struct zone *zone;
6136         int order, i;
6137         unsigned long pfn;
6138         unsigned long flags;
6139         /* find the first valid pfn */
6140         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6141                 if (pfn_valid(pfn))
6142                         break;
6143         if (pfn == end_pfn)
6144                 return;
6145         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6146         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6147         pfn = start_pfn;
6148         while (pfn < end_pfn) {
6149                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6150                         pfn++;
6151                         continue;
6152                 }
6153                 page = pfn_to_page(pfn);
6154                 /*
6155                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6156                  * page_count() is not 0.
6157                  */
6158                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6159                         pfn++;
6160                         SetPageReserved(page);
6161                         continue;
6162                 }
6163
6164                 BUG_ON(page_count(page));
6165                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6166                 order = page_order(page);
6167 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6168                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6169                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6170 #endif
6171                 list_del(&page->lru);
6172                 rmv_page_order(page);
6173                 zone->free_area[order].nr_free--;
6174                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6175                         SetPageReserved((page+i));
6176                 pfn += (1 << order);
6177         }
6178         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6179 }
6180 #endif
6181
6182 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6183 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6184 {
6185         struct zone *zone = page_zone(page);
6186         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6187         unsigned long flags;
6188         int order;
6189
6190         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6191         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6192                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6193
6194                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6195                         break;
6196         }
6197         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6198
6199         return order < MAX_ORDER;
6200 }
6201 #endif
6202
6203 static const struct trace_print_flags pageflag_names[] = {
6204         {1UL << PG_locked,              "locked"        },
6205         {1UL << PG_error,               "error"         },
6206         {1UL << PG_referenced,          "referenced"    },
6207         {1UL << PG_uptodate,            "uptodate"      },
6208         {1UL << PG_dirty,               "dirty"         },
6209         {1UL << PG_lru,                 "lru"           },
6210         {1UL << PG_active,              "active"        },
6211         {1UL << PG_slab,                "slab"          },
6212         {1UL << PG_owner_priv_1,        "owner_priv_1"  },
6213         {1UL << PG_arch_1,              "arch_1"        },
6214         {1UL << PG_reserved,            "reserved"      },
6215         {1UL << PG_private,             "private"       },
6216         {1UL << PG_private_2,           "private_2"     },
6217         {1UL << PG_writeback,           "writeback"     },
6218 #ifdef CONFIG_PAGEFLAGS_EXTENDED
6219         {1UL << PG_head,                "head"          },
6220         {1UL << PG_tail,                "tail"          },
6221 #else
6222         {1UL << PG_compound,            "compound"      },
6223 #endif
6224         {1UL << PG_swapcache,           "swapcache"     },
6225         {1UL << PG_mappedtodisk,        "mappedtodisk"  },
6226         {1UL << PG_reclaim,             "reclaim"       },
6227         {1UL << PG_swapbacked,          "swapbacked"    },
6228         {1UL << PG_unevictable,         "unevictable"   },
6229 #ifdef CONFIG_MMU
6230         {1UL << PG_mlocked,             "mlocked"       },
6231 #endif
6232 #ifdef CONFIG_ARCH_USES_PG_UNCACHED
6233         {1UL << PG_uncached,            "uncached"      },
6234 #endif
6235 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6236         {1UL << PG_hwpoison,            "hwpoison"      },
6237 #endif
6238 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6239         {1UL << PG_compound_lock,       "compound_lock" },
6240 #endif
6241 };
6242
6243 static void dump_page_flags(unsigned long flags)
6244 {
6245         const char *delim = "";
6246         unsigned long mask;
6247         int i;
6248
6249         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(pageflag_names) != __NR_PAGEFLAGS);
6250
6251         printk(KERN_ALERT "page flags: %#lx(", flags);
6252
6253         /* remove zone id */
6254         flags &= (1UL << NR_PAGEFLAGS) - 1;
6255
6256         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(pageflag_names) && flags; i++) {
6257
6258                 mask = pageflag_names[i].mask;
6259                 if ((flags & mask) != mask)
6260                         continue;
6261
6262                 flags &= ~mask;
6263                 printk("%s%s", delim, pageflag_names[i].name);
6264                 delim = "|";
6265         }
6266
6267         /* check for left over flags */
6268         if (flags)
6269                 printk("%s%#lx", delim, flags);
6270
6271         printk(")\n");
6272 }
6273
6274 void dump_page(struct page *page)
6275 {
6276         printk(KERN_ALERT
6277                "page:%p count:%d mapcount:%d mapping:%p index:%#lx\n",
6278                 page, atomic_read(&page->_count), page_mapcount(page),
6279                 page->mapping, page->index);
6280         dump_page_flags(page->flags);
6281         mem_cgroup_print_bad_page(page);
6282 }