Merge branch 'for-linus' of git://git.infradead.org/users/vkoul/slave-dma
[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/debugobjects.h>
52 #include <linux/kmemleak.h>
53 #include <linux/compaction.h>
54 #include <trace/events/kmem.h>
55 #include <linux/prefetch.h>
56 #include <linux/mm_inline.h>
57 #include <linux/migrate.h>
58 #include <linux/page-debug-flags.h>
59 #include <linux/hugetlb.h>
60 #include <linux/sched/rt.h>
61
62 #include <asm/sections.h>
63 #include <asm/tlbflush.h>
64 #include <asm/div64.h>
65 #include "internal.h"
66
67 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
68 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
69 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
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 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
86 #endif
87
88 /*
89  * Array of node states.
90  */
91 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
92         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
93         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
94 #ifndef CONFIG_NUMA
95         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
96 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
97         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
98 #endif
99 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
100         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #endif
102         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
103 #endif  /* NUMA */
104 };
105 EXPORT_SYMBOL(node_states);
106
107 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
108 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
109
110 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
111 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
112 /*
113  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
114  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
115  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
116  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
117  */
118 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
119
120 int percpu_pagelist_fraction;
121 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
122
123 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
124 /*
125  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
126  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
127  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
128  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
129  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
130  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
131  */
132
133 static gfp_t saved_gfp_mask;
134
135 void pm_restore_gfp_mask(void)
136 {
137         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
138         if (saved_gfp_mask) {
139                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
140                 saved_gfp_mask = 0;
141         }
142 }
143
144 void pm_restrict_gfp_mask(void)
145 {
146         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
147         WARN_ON(saved_gfp_mask);
148         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
149         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
150 }
151
152 bool pm_suspended_storage(void)
153 {
154         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
155                 return false;
156         return true;
157 }
158 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
159
160 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
161 int pageblock_order __read_mostly;
162 #endif
163
164 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
165
166 /*
167  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
168  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
169  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
170  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
171  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
172  *      HIGHMEM allocation will (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
173  *
174  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
175  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
176  */
177 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
178 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
179          256,
180 #endif
181 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
182          256,
183 #endif
184 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
185          32,
186 #endif
187          32,
188 };
189
190 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
191
192 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
193 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
194          "DMA",
195 #endif
196 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
197          "DMA32",
198 #endif
199          "Normal",
200 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
201          "HighMem",
202 #endif
203          "Movable",
204 };
205
206 int min_free_kbytes = 1024;
207 int user_min_free_kbytes = -1;
208
209 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
210 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
211 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
212
213 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
214 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
215 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
216 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
217 static unsigned long __initdata required_movablecore;
218 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
219
220 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
221 int movable_zone;
222 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
223 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
224
225 #if MAX_NUMNODES > 1
226 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
227 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
228 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
229 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
230 #endif
231
232 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
233
234 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
235 {
236         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
237                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
238                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
239
240         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
241                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
242 }
243
244 bool oom_killer_disabled __read_mostly;
245
246 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
247 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
248 {
249         int ret = 0;
250         unsigned seq;
251         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
252         unsigned long sp, start_pfn;
253
254         do {
255                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
256                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
257                 sp = zone->spanned_pages;
258                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
259                         ret = 1;
260         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
261
262         if (ret)
263                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
264                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
265                         start_pfn, start_pfn + sp);
266
267         return ret;
268 }
269
270 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
271 {
272         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
273                 return 0;
274         if (zone != page_zone(page))
275                 return 0;
276
277         return 1;
278 }
279 /*
280  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
281  */
282 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
283 {
284         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
285                 return 1;
286         if (!page_is_consistent(zone, page))
287                 return 1;
288
289         return 0;
290 }
291 #else
292 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
293 {
294         return 0;
295 }
296 #endif
297
298 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
299                 unsigned long bad_flags)
300 {
301         static unsigned long resume;
302         static unsigned long nr_shown;
303         static unsigned long nr_unshown;
304
305         /* Don't complain about poisoned pages */
306         if (PageHWPoison(page)) {
307                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
308                 return;
309         }
310
311         /*
312          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
313          * or allow a steady drip of one report per second.
314          */
315         if (nr_shown == 60) {
316                 if (time_before(jiffies, resume)) {
317                         nr_unshown++;
318                         goto out;
319                 }
320                 if (nr_unshown) {
321                         printk(KERN_ALERT
322                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
323                                 nr_unshown);
324                         nr_unshown = 0;
325                 }
326                 nr_shown = 0;
327         }
328         if (nr_shown++ == 0)
329                 resume = jiffies + 60 * HZ;
330
331         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
332                 current->comm, page_to_pfn(page));
333         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
334
335         print_modules();
336         dump_stack();
337 out:
338         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
339         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
340         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
341 }
342
343 /*
344  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
345  *
346  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
347  *
348  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
349  *
350  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
351  * pointing at the head page.
352  *
353  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
354  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
355  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
356  */
357
358 static void free_compound_page(struct page *page)
359 {
360         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
361 }
362
363 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
364 {
365         int i;
366         int nr_pages = 1 << order;
367
368         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
369         set_compound_order(page, order);
370         __SetPageHead(page);
371         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
372                 struct page *p = page + i;
373                 set_page_count(p, 0);
374                 p->first_page = page;
375                 /* Make sure p->first_page is always valid for PageTail() */
376                 smp_wmb();
377                 __SetPageTail(p);
378         }
379 }
380
381 /* update __split_huge_page_refcount if you change this function */
382 static int destroy_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
383 {
384         int i;
385         int nr_pages = 1 << order;
386         int bad = 0;
387
388         if (unlikely(compound_order(page) != order)) {
389                 bad_page(page, "wrong compound order", 0);
390                 bad++;
391         }
392
393         __ClearPageHead(page);
394
395         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
396                 struct page *p = page + i;
397
398                 if (unlikely(!PageTail(p))) {
399                         bad_page(page, "PageTail not set", 0);
400                         bad++;
401                 } else if (unlikely(p->first_page != page)) {
402                         bad_page(page, "first_page not consistent", 0);
403                         bad++;
404                 }
405                 __ClearPageTail(p);
406         }
407
408         return bad;
409 }
410
411 static inline void prep_zero_page(struct page *page, unsigned int order,
412                                                         gfp_t gfp_flags)
413 {
414         int i;
415
416         /*
417          * clear_highpage() will use KM_USER0, so it's a bug to use __GFP_ZERO
418          * and __GFP_HIGHMEM from hard or soft interrupt context.
419          */
420         VM_BUG_ON((gfp_flags & __GFP_HIGHMEM) && in_interrupt());
421         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
422                 clear_highpage(page + i);
423 }
424
425 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
426 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
427
428 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
429 {
430         unsigned long res;
431
432         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
433                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
434                 return 0;
435         }
436         _debug_guardpage_minorder = res;
437         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
438         return 0;
439 }
440 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
441
442 static inline void set_page_guard_flag(struct page *page)
443 {
444         __set_bit(PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD, &page->debug_flags);
445 }
446
447 static inline void clear_page_guard_flag(struct page *page)
448 {
449         __clear_bit(PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD, &page->debug_flags);
450 }
451 #else
452 static inline void set_page_guard_flag(struct page *page) { }
453 static inline void clear_page_guard_flag(struct page *page) { }
454 #endif
455
456 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
457 {
458         set_page_private(page, order);
459         __SetPageBuddy(page);
460 }
461
462 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
463 {
464         __ClearPageBuddy(page);
465         set_page_private(page, 0);
466 }
467
468 /*
469  * This function checks whether a page is free && is the buddy
470  * we can do coalesce a page and its buddy if
471  * (a) the buddy is not in a hole &&
472  * (b) the buddy is in the buddy system &&
473  * (c) a page and its buddy have the same order &&
474  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
475  *
476  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
477  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
478  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
479  * serialized by zone->lock.
480  *
481  * For recording page's order, we use page_private(page).
482  */
483 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
484                                                         unsigned int order)
485 {
486         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
487                 return 0;
488
489         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
490                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
491
492                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
493                         return 0;
494
495                 return 1;
496         }
497
498         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
499                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
500
501                 /*
502                  * zone check is done late to avoid uselessly
503                  * calculating zone/node ids for pages that could
504                  * never merge.
505                  */
506                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
507                         return 0;
508
509                 return 1;
510         }
511         return 0;
512 }
513
514 /*
515  * Freeing function for a buddy system allocator.
516  *
517  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
518  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
519  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
520  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
521  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
522  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
523  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
524  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
525  * parts of the VM system.
526  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
527  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
528  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
529  * field.
530  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
531  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
532  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
533  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
534  * triggers coalescing into a block of larger size.
535  *
536  * -- nyc
537  */
538
539 static inline void __free_one_page(struct page *page,
540                 unsigned long pfn,
541                 struct zone *zone, unsigned int order,
542                 int migratetype)
543 {
544         unsigned long page_idx;
545         unsigned long combined_idx;
546         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
547         struct page *buddy;
548         int max_order = MAX_ORDER;
549
550         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
551
552         if (unlikely(PageCompound(page)))
553                 if (unlikely(destroy_compound_page(page, order)))
554                         return;
555
556         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
557         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
558                 /*
559                  * We restrict max order of merging to prevent merge
560                  * between freepages on isolate pageblock and normal
561                  * pageblock. Without this, pageblock isolation
562                  * could cause incorrect freepage accounting.
563                  */
564                 max_order = min(MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
565         } else {
566                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
567         }
568
569         page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
570
571         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
572         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
573
574         while (order < max_order - 1) {
575                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
576                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
577                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
578                         break;
579                 /*
580                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
581                  * merge with it and move up one order.
582                  */
583                 if (page_is_guard(buddy)) {
584                         clear_page_guard_flag(buddy);
585                         set_page_private(buddy, 0);
586                         if (!is_migrate_isolate(migratetype)) {
587                                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order,
588                                                           migratetype);
589                         }
590                 } else {
591                         list_del(&buddy->lru);
592                         zone->free_area[order].nr_free--;
593                         rmv_page_order(buddy);
594                 }
595                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
596                 page = page + (combined_idx - page_idx);
597                 page_idx = combined_idx;
598                 order++;
599         }
600         set_page_order(page, order);
601
602         /*
603          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
604          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
605          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
606          * that is happening, add the free page to the tail of the list
607          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
608          * as a higher order page
609          */
610         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
611                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
612                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
613                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
614                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
615                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
616                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
617                         list_add_tail(&page->lru,
618                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
619                         goto out;
620                 }
621         }
622
623         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
624 out:
625         zone->free_area[order].nr_free++;
626 }
627
628 static inline int free_pages_check(struct page *page)
629 {
630         const char *bad_reason = NULL;
631         unsigned long bad_flags = 0;
632
633         if (unlikely(page_mapcount(page)))
634                 bad_reason = "nonzero mapcount";
635         if (unlikely(page->mapping != NULL))
636                 bad_reason = "non-NULL mapping";
637         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
638                 bad_reason = "nonzero _count";
639         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
640                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
641                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
642         }
643 #ifdef CONFIG_MEMCG
644         if (unlikely(page->mem_cgroup))
645                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
646 #endif
647         if (unlikely(bad_reason)) {
648                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
649                 return 1;
650         }
651         page_cpupid_reset_last(page);
652         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
653                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
654         return 0;
655 }
656
657 /*
658  * Frees a number of pages from the PCP lists
659  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
660  * count is the number of pages to free.
661  *
662  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
663  * see if this freeing clears that state.
664  *
665  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
666  * pinned" detection logic.
667  */
668 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
669                                         struct per_cpu_pages *pcp)
670 {
671         int migratetype = 0;
672         int batch_free = 0;
673         int to_free = count;
674         unsigned long nr_scanned;
675
676         spin_lock(&zone->lock);
677         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
678         if (nr_scanned)
679                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
680
681         while (to_free) {
682                 struct page *page;
683                 struct list_head *list;
684
685                 /*
686                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
687                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
688                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
689                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
690                  * lists
691                  */
692                 do {
693                         batch_free++;
694                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
695                                 migratetype = 0;
696                         list = &pcp->lists[migratetype];
697                 } while (list_empty(list));
698
699                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
700                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
701                         batch_free = to_free;
702
703                 do {
704                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
705
706                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
707                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
708                         list_del(&page->lru);
709                         mt = get_freepage_migratetype(page);
710                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
711                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
712
713                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
714                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
715                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
716                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
717         }
718         spin_unlock(&zone->lock);
719 }
720
721 static void free_one_page(struct zone *zone,
722                                 struct page *page, unsigned long pfn,
723                                 unsigned int order,
724                                 int migratetype)
725 {
726         unsigned long nr_scanned;
727         spin_lock(&zone->lock);
728         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
729         if (nr_scanned)
730                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
731
732         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
733                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
734                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
735         }
736         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
737         spin_unlock(&zone->lock);
738 }
739
740 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
741 {
742         int i;
743         int bad = 0;
744
745         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
746         VM_BUG_ON_PAGE(PageHead(page) && compound_order(page) != order, page);
747
748         trace_mm_page_free(page, order);
749         kmemcheck_free_shadow(page, order);
750
751         if (PageAnon(page))
752                 page->mapping = NULL;
753         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
754                 bad += free_pages_check(page + i);
755         if (bad)
756                 return false;
757
758         if (!PageHighMem(page)) {
759                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
760                                            PAGE_SIZE << order);
761                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
762                                            PAGE_SIZE << order);
763         }
764         arch_free_page(page, order);
765         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
766
767         return true;
768 }
769
770 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
771 {
772         unsigned long flags;
773         int migratetype;
774         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
775
776         if (!free_pages_prepare(page, order))
777                 return;
778
779         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
780         local_irq_save(flags);
781         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
782         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
783         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
784         local_irq_restore(flags);
785 }
786
787 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned int order)
788 {
789         unsigned int nr_pages = 1 << order;
790         struct page *p = page;
791         unsigned int loop;
792
793         prefetchw(p);
794         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
795                 prefetchw(p + 1);
796                 __ClearPageReserved(p);
797                 set_page_count(p, 0);
798         }
799         __ClearPageReserved(p);
800         set_page_count(p, 0);
801
802         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
803         set_page_refcounted(page);
804         __free_pages(page, order);
805 }
806
807 #ifdef CONFIG_CMA
808 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
809 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
810 {
811         unsigned i = pageblock_nr_pages;
812         struct page *p = page;
813
814         do {
815                 __ClearPageReserved(p);
816                 set_page_count(p, 0);
817         } while (++p, --i);
818
819         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
820
821         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
822                 i = pageblock_nr_pages;
823                 p = page;
824                 do {
825                         set_page_refcounted(p);
826                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
827                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
828                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
829         } else {
830                 set_page_refcounted(page);
831                 __free_pages(page, pageblock_order);
832         }
833
834         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
835 }
836 #endif
837
838 /*
839  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
840  * Please do not alter this order without good reasons and regression
841  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
842  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
843  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
844  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
845  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
846  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
847  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
848  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
849  *
850  * -- nyc
851  */
852 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
853         int low, int high, struct free_area *area,
854         int migratetype)
855 {
856         unsigned long size = 1 << high;
857
858         while (high > low) {
859                 area--;
860                 high--;
861                 size >>= 1;
862                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
863
864 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
865                 if (high < debug_guardpage_minorder()) {
866                         /*
867                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
868                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
869                          * Corresponding page table entries will not be touched,
870                          * pages will stay not present in virtual address space
871                          */
872                         INIT_LIST_HEAD(&page[size].lru);
873                         set_page_guard_flag(&page[size]);
874                         set_page_private(&page[size], high);
875                         /* Guard pages are not available for any usage */
876                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << high),
877                                                   migratetype);
878                         continue;
879                 }
880 #endif
881                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
882                 area->nr_free++;
883                 set_page_order(&page[size], high);
884         }
885 }
886
887 /*
888  * This page is about to be returned from the page allocator
889  */
890 static inline int check_new_page(struct page *page)
891 {
892         const char *bad_reason = NULL;
893         unsigned long bad_flags = 0;
894
895         if (unlikely(page_mapcount(page)))
896                 bad_reason = "nonzero mapcount";
897         if (unlikely(page->mapping != NULL))
898                 bad_reason = "non-NULL mapping";
899         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
900                 bad_reason = "nonzero _count";
901         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
902                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
903                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
904         }
905 #ifdef CONFIG_MEMCG
906         if (unlikely(page->mem_cgroup))
907                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
908 #endif
909         if (unlikely(bad_reason)) {
910                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
911                 return 1;
912         }
913         return 0;
914 }
915
916 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags)
917 {
918         int i;
919
920         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
921                 struct page *p = page + i;
922                 if (unlikely(check_new_page(p)))
923                         return 1;
924         }
925
926         set_page_private(page, 0);
927         set_page_refcounted(page);
928
929         arch_alloc_page(page, order);
930         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
931
932         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
933                 prep_zero_page(page, order, gfp_flags);
934
935         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
936                 prep_compound_page(page, order);
937
938         return 0;
939 }
940
941 /*
942  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
943  * the smallest available page from the freelists
944  */
945 static inline
946 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
947                                                 int migratetype)
948 {
949         unsigned int current_order;
950         struct free_area *area;
951         struct page *page;
952
953         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
954         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
955                 area = &(zone->free_area[current_order]);
956                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
957                         continue;
958
959                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
960                                                         struct page, lru);
961                 list_del(&page->lru);
962                 rmv_page_order(page);
963                 area->nr_free--;
964                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
965                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
966                 return page;
967         }
968
969         return NULL;
970 }
971
972
973 /*
974  * This array describes the order lists are fallen back to when
975  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
976  */
977 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
978         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
979         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
980 #ifdef CONFIG_CMA
981         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_CMA,         MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_RESERVE },
982         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
983 #else
984         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
985 #endif
986         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
987 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
988         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
989 #endif
990 };
991
992 /*
993  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
994  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
995  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
996  */
997 int move_freepages(struct zone *zone,
998                           struct page *start_page, struct page *end_page,
999                           int migratetype)
1000 {
1001         struct page *page;
1002         unsigned long order;
1003         int pages_moved = 0;
1004
1005 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1006         /*
1007          * page_zone is not safe to call in this context when
1008          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1009          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1010          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1011          * grouping pages by mobility
1012          */
1013         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1014 #endif
1015
1016         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1017                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1018                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1019
1020                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1021                         page++;
1022                         continue;
1023                 }
1024
1025                 if (!PageBuddy(page)) {
1026                         page++;
1027                         continue;
1028                 }
1029
1030                 order = page_order(page);
1031                 list_move(&page->lru,
1032                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1033                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1034                 page += 1 << order;
1035                 pages_moved += 1 << order;
1036         }
1037
1038         return pages_moved;
1039 }
1040
1041 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1042                                 int migratetype)
1043 {
1044         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1045         struct page *start_page, *end_page;
1046
1047         start_pfn = page_to_pfn(page);
1048         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1049         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1050         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1051         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1052
1053         /* Do not cross zone boundaries */
1054         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1055                 start_page = page;
1056         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1057                 return 0;
1058
1059         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1060 }
1061
1062 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1063                                         int start_order, int migratetype)
1064 {
1065         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1066
1067         while (nr_pageblocks--) {
1068                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1069                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1070         }
1071 }
1072
1073 /*
1074  * If breaking a large block of pages, move all free pages to the preferred
1075  * allocation list. If falling back for a reclaimable kernel allocation, be
1076  * more aggressive about taking ownership of free pages.
1077  *
1078  * On the other hand, never change migration type of MIGRATE_CMA pageblocks
1079  * nor move CMA pages to different free lists. We don't want unmovable pages
1080  * to be allocated from MIGRATE_CMA areas.
1081  *
1082  * Returns the new migratetype of the pageblock (or the same old migratetype
1083  * if it was unchanged).
1084  */
1085 static int try_to_steal_freepages(struct zone *zone, struct page *page,
1086                                   int start_type, int fallback_type)
1087 {
1088         int current_order = page_order(page);
1089
1090         /*
1091          * When borrowing from MIGRATE_CMA, we need to release the excess
1092          * buddy pages to CMA itself. We also ensure the freepage_migratetype
1093          * is set to CMA so it is returned to the correct freelist in case
1094          * the page ends up being not actually allocated from the pcp lists.
1095          */
1096         if (is_migrate_cma(fallback_type))
1097                 return fallback_type;
1098
1099         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1100         if (current_order >= pageblock_order) {
1101                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1102                 return start_type;
1103         }
1104
1105         if (current_order >= pageblock_order / 2 ||
1106             start_type == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1107             page_group_by_mobility_disabled) {
1108                 int pages;
1109
1110                 pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1111
1112                 /* Claim the whole block if over half of it is free */
1113                 if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1114                                 page_group_by_mobility_disabled) {
1115
1116                         set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1117                         return start_type;
1118                 }
1119
1120         }
1121
1122         return fallback_type;
1123 }
1124
1125 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1126 static inline struct page *
1127 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1128 {
1129         struct free_area *area;
1130         unsigned int current_order;
1131         struct page *page;
1132         int migratetype, new_type, i;
1133
1134         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1135         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1136                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1137                                 --current_order) {
1138                 for (i = 0;; i++) {
1139                         migratetype = fallbacks[start_migratetype][i];
1140
1141                         /* MIGRATE_RESERVE handled later if necessary */
1142                         if (migratetype == MIGRATE_RESERVE)
1143                                 break;
1144
1145                         area = &(zone->free_area[current_order]);
1146                         if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1147                                 continue;
1148
1149                         page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1150                                         struct page, lru);
1151                         area->nr_free--;
1152
1153                         new_type = try_to_steal_freepages(zone, page,
1154                                                           start_migratetype,
1155                                                           migratetype);
1156
1157                         /* Remove the page from the freelists */
1158                         list_del(&page->lru);
1159                         rmv_page_order(page);
1160
1161                         expand(zone, page, order, current_order, area,
1162                                new_type);
1163                         /* The freepage_migratetype may differ from pageblock's
1164                          * migratetype depending on the decisions in
1165                          * try_to_steal_freepages. This is OK as long as it does
1166                          * not differ for MIGRATE_CMA type.
1167                          */
1168                         set_freepage_migratetype(page, new_type);
1169
1170                         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1171                                 start_migratetype, migratetype, new_type);
1172
1173                         return page;
1174                 }
1175         }
1176
1177         return NULL;
1178 }
1179
1180 /*
1181  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1182  * Call me with the zone->lock already held.
1183  */
1184 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1185                                                 int migratetype)
1186 {
1187         struct page *page;
1188
1189 retry_reserve:
1190         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1191
1192         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1193                 page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1194
1195                 /*
1196                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1197                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1198                  * and we want just one call site
1199                  */
1200                 if (!page) {
1201                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1202                         goto retry_reserve;
1203                 }
1204         }
1205
1206         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1207         return page;
1208 }
1209
1210 /*
1211  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1212  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1213  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1214  */
1215 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1216                         unsigned long count, struct list_head *list,
1217                         int migratetype, bool cold)
1218 {
1219         int i;
1220
1221         spin_lock(&zone->lock);
1222         for (i = 0; i < count; ++i) {
1223                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1224                 if (unlikely(page == NULL))
1225                         break;
1226
1227                 /*
1228                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1229                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1230                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1231                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1232                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1233                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1234                  * properly.
1235                  */
1236                 if (likely(!cold))
1237                         list_add(&page->lru, list);
1238                 else
1239                         list_add_tail(&page->lru, list);
1240                 list = &page->lru;
1241                 if (is_migrate_cma(get_freepage_migratetype(page)))
1242                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1243                                               -(1 << order));
1244         }
1245         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1246         spin_unlock(&zone->lock);
1247         return i;
1248 }
1249
1250 #ifdef CONFIG_NUMA
1251 /*
1252  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1253  * currently executing processor on remote nodes after they have
1254  * expired.
1255  *
1256  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1257  * a single processor.
1258  */
1259 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1260 {
1261         unsigned long flags;
1262         int to_drain, batch;
1263
1264         local_irq_save(flags);
1265         batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
1266         to_drain = min(pcp->count, batch);
1267         if (to_drain > 0) {
1268                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1269                 pcp->count -= to_drain;
1270         }
1271         local_irq_restore(flags);
1272 }
1273 #endif
1274
1275 /*
1276  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1277  *
1278  * The processor must either be the current processor and the
1279  * thread pinned to the current processor or a processor that
1280  * is not online.
1281  */
1282 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1283 {
1284         unsigned long flags;
1285         struct per_cpu_pageset *pset;
1286         struct per_cpu_pages *pcp;
1287
1288         local_irq_save(flags);
1289         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1290
1291         pcp = &pset->pcp;
1292         if (pcp->count) {
1293                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1294                 pcp->count = 0;
1295         }
1296         local_irq_restore(flags);
1297 }
1298
1299 /*
1300  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1301  *
1302  * The processor must either be the current processor and the
1303  * thread pinned to the current processor or a processor that
1304  * is not online.
1305  */
1306 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1307 {
1308         struct zone *zone;
1309
1310         for_each_populated_zone(zone) {
1311                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1312         }
1313 }
1314
1315 /*
1316  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1317  *
1318  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1319  * the single zone's pages.
1320  */
1321 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1322 {
1323         int cpu = smp_processor_id();
1324
1325         if (zone)
1326                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1327         else
1328                 drain_pages(cpu);
1329 }
1330
1331 /*
1332  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1333  *
1334  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1335  *
1336  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1337  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1338  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1339  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1340  * before the call to on_each_cpu_mask().
1341  */
1342 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1343 {
1344         int cpu;
1345
1346         /*
1347          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1348          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1349          */
1350         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1351
1352         /*
1353          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1354          * as offline notification will cause the notified
1355          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1356          * disables preemption as part of its processing
1357          */
1358         for_each_online_cpu(cpu) {
1359                 struct per_cpu_pageset *pcp;
1360                 struct zone *z;
1361                 bool has_pcps = false;
1362
1363                 if (zone) {
1364                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1365                         if (pcp->pcp.count)
1366                                 has_pcps = true;
1367                 } else {
1368                         for_each_populated_zone(z) {
1369                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
1370                                 if (pcp->pcp.count) {
1371                                         has_pcps = true;
1372                                         break;
1373                                 }
1374                         }
1375                 }
1376
1377                 if (has_pcps)
1378                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1379                 else
1380                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1381         }
1382         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
1383                                                                 zone, 1);
1384 }
1385
1386 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1387
1388 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1389 {
1390         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1391         unsigned long flags;
1392         unsigned int order, t;
1393         struct list_head *curr;
1394
1395         if (zone_is_empty(zone))
1396                 return;
1397
1398         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1399
1400         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1401         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1402                 if (pfn_valid(pfn)) {
1403                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1404
1405                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1406                                 swsusp_unset_page_free(page);
1407                 }
1408
1409         for_each_migratetype_order(order, t) {
1410                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1411                         unsigned long i;
1412
1413                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1414                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1415                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1416                 }
1417         }
1418         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1419 }
1420 #endif /* CONFIG_PM */
1421
1422 /*
1423  * Free a 0-order page
1424  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
1425  */
1426 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
1427 {
1428         struct zone *zone = page_zone(page);
1429         struct per_cpu_pages *pcp;
1430         unsigned long flags;
1431         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1432         int migratetype;
1433
1434         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1435                 return;
1436
1437         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1438         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1439         local_irq_save(flags);
1440         __count_vm_event(PGFREE);
1441
1442         /*
1443          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1444          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1445          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1446          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1447          * excessively into the page allocator
1448          */
1449         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1450                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1451                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
1452                         goto out;
1453                 }
1454                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1455         }
1456
1457         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1458         if (!cold)
1459                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1460         else
1461                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1462         pcp->count++;
1463         if (pcp->count >= pcp->high) {
1464                 unsigned long batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
1465                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
1466                 pcp->count -= batch;
1467         }
1468
1469 out:
1470         local_irq_restore(flags);
1471 }
1472
1473 /*
1474  * Free a list of 0-order pages
1475  */
1476 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
1477 {
1478         struct page *page, *next;
1479
1480         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1481                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1482                 free_hot_cold_page(page, cold);
1483         }
1484 }
1485
1486 /*
1487  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1488  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1489  * Each sub-page must be freed individually.
1490  *
1491  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1492  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1493  */
1494 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1495 {
1496         int i;
1497
1498         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
1499         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1500
1501 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1502         /*
1503          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1504          * otherwise free the whole shadow.
1505          */
1506         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1507                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1508 #endif
1509
1510         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
1511                 set_page_refcounted(page + i);
1512 }
1513 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1514
1515 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1516 {
1517         unsigned long watermark;
1518         struct zone *zone;
1519         int mt;
1520
1521         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1522
1523         zone = page_zone(page);
1524         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1525
1526         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1527                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1528                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1529                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1530                         return 0;
1531
1532                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1533         }
1534
1535         /* Remove page from free list */
1536         list_del(&page->lru);
1537         zone->free_area[order].nr_free--;
1538         rmv_page_order(page);
1539
1540         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
1541         if (order >= pageblock_order - 1) {
1542                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
1543                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
1544                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
1545                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
1546                                 set_pageblock_migratetype(page,
1547                                                           MIGRATE_MOVABLE);
1548                 }
1549         }
1550
1551         return 1UL << order;
1552 }
1553
1554 /*
1555  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
1556  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
1557  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
1558  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
1559  * are enabled.
1560  *
1561  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1562  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1563  */
1564 int split_free_page(struct page *page)
1565 {
1566         unsigned int order;
1567         int nr_pages;
1568
1569         order = page_order(page);
1570
1571         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
1572         if (!nr_pages)
1573                 return 0;
1574
1575         /* Split into individual pages */
1576         set_page_refcounted(page);
1577         split_page(page, order);
1578         return nr_pages;
1579 }
1580
1581 /*
1582  * Really, prep_compound_page() should be called from __rmqueue_bulk().  But
1583  * we cheat by calling it from here, in the order > 0 path.  Saves a branch
1584  * or two.
1585  */
1586 static inline
1587 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
1588                         struct zone *zone, unsigned int order,
1589                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
1590 {
1591         unsigned long flags;
1592         struct page *page;
1593         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
1594
1595 again:
1596         if (likely(order == 0)) {
1597                 struct per_cpu_pages *pcp;
1598                 struct list_head *list;
1599
1600                 local_irq_save(flags);
1601                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1602                 list = &pcp->lists[migratetype];
1603                 if (list_empty(list)) {
1604                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
1605                                         pcp->batch, list,
1606                                         migratetype, cold);
1607                         if (unlikely(list_empty(list)))
1608                                 goto failed;
1609                 }
1610
1611                 if (cold)
1612                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
1613                 else
1614                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
1615
1616                 list_del(&page->lru);
1617                 pcp->count--;
1618         } else {
1619                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
1620                         /*
1621                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
1622                          *
1623                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
1624                          * properly detect and handle allocation failures.
1625                          *
1626                          * We most definitely don't want callers attempting to
1627                          * allocate greater than order-1 page units with
1628                          * __GFP_NOFAIL.
1629                          */
1630                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
1631                 }
1632                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1633                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1634                 spin_unlock(&zone->lock);
1635                 if (!page)
1636                         goto failed;
1637                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1638                                           get_freepage_migratetype(page));
1639         }
1640
1641         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
1642         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
1643             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
1644                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
1645
1646         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
1647         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
1648         local_irq_restore(flags);
1649
1650         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1651         if (prep_new_page(page, order, gfp_flags))
1652                 goto again;
1653         return page;
1654
1655 failed:
1656         local_irq_restore(flags);
1657         return NULL;
1658 }
1659
1660 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
1661
1662 static struct {
1663         struct fault_attr attr;
1664
1665         u32 ignore_gfp_highmem;
1666         u32 ignore_gfp_wait;
1667         u32 min_order;
1668 } fail_page_alloc = {
1669         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
1670         .ignore_gfp_wait = 1,
1671         .ignore_gfp_highmem = 1,
1672         .min_order = 1,
1673 };
1674
1675 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
1676 {
1677         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
1678 }
1679 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
1680
1681 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1682 {
1683         if (order < fail_page_alloc.min_order)
1684                 return false;
1685         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
1686                 return false;
1687         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
1688                 return false;
1689         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
1690                 return false;
1691
1692         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
1693 }
1694
1695 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
1696
1697 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
1698 {
1699         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
1700         struct dentry *dir;
1701
1702         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
1703                                         &fail_page_alloc.attr);
1704         if (IS_ERR(dir))
1705                 return PTR_ERR(dir);
1706
1707         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
1708                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
1709                 goto fail;
1710         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
1711                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
1712                 goto fail;
1713         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
1714                                 &fail_page_alloc.min_order))
1715                 goto fail;
1716
1717         return 0;
1718 fail:
1719         debugfs_remove_recursive(dir);
1720
1721         return -ENOMEM;
1722 }
1723
1724 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
1725
1726 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
1727
1728 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1729
1730 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1731 {
1732         return false;
1733 }
1734
1735 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1736
1737 /*
1738  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
1739  * of the allocation.
1740  */
1741 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
1742                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
1743                         long free_pages)
1744 {
1745         /* free_pages may go negative - that's OK */
1746         long min = mark;
1747         int o;
1748         long free_cma = 0;
1749
1750         free_pages -= (1 << order) - 1;
1751         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
1752                 min -= min / 2;
1753         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
1754                 min -= min / 4;
1755 #ifdef CONFIG_CMA
1756         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
1757         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
1758                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
1759 #endif
1760
1761         if (free_pages - free_cma <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
1762                 return false;
1763         for (o = 0; o < order; o++) {
1764                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
1765                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
1766
1767                 /* Require fewer higher order pages to be free */
1768                 min >>= 1;
1769
1770                 if (free_pages <= min)
1771                         return false;
1772         }
1773         return true;
1774 }
1775
1776 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
1777                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1778 {
1779         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1780                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
1781 }
1782
1783 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
1784                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags)
1785 {
1786         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
1787
1788         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
1789                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
1790
1791         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1792                                                                 free_pages);
1793 }
1794
1795 #ifdef CONFIG_NUMA
1796 /*
1797  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
1798  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
1799  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
1800  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
1801  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
1802  *
1803  * If the zonelist cache is present in the passed zonelist, then
1804  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
1805  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
1806  *
1807  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
1808  * nothing and returns NULL.
1809  *
1810  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
1811  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
1812  *
1813  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
1814  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
1815  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
1816  * quickly as we can.
1817  */
1818 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1819 {
1820         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1821         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
1822
1823         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1824         if (!zlc)
1825                 return NULL;
1826
1827         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
1828                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1829                 zlc->last_full_zap = jiffies;
1830         }
1831
1832         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
1833                                         &cpuset_current_mems_allowed :
1834                                         &node_states[N_MEMORY];
1835         return allowednodes;
1836 }
1837
1838 /*
1839  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
1840  * if it is worth looking at further for free memory:
1841  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
1842  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
1843  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
1844  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
1845  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
1846  * else return false (zero) if it is not.
1847  *
1848  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
1849  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
1850  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
1851  * be considered full for up to one second by all requests, unless
1852  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
1853  * into the second scan of the zonelist.
1854  *
1855  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
1856  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
1857  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
1858  * unturned looking for a free page.
1859  */
1860 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1861                                                 nodemask_t *allowednodes)
1862 {
1863         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1864         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1865         int n;                          /* node that zone *z is on */
1866
1867         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1868         if (!zlc)
1869                 return 1;
1870
1871         i = z - zonelist->_zonerefs;
1872         n = zlc->z_to_n[i];
1873
1874         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
1875         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
1876 }
1877
1878 /*
1879  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
1880  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
1881  * from that zone don't waste time re-examining it.
1882  */
1883 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1884 {
1885         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1886         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1887
1888         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1889         if (!zlc)
1890                 return;
1891
1892         i = z - zonelist->_zonerefs;
1893
1894         set_bit(i, zlc->fullzones);
1895 }
1896
1897 /*
1898  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
1899  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
1900  */
1901 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1902 {
1903         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1904
1905         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1906         if (!zlc)
1907                 return;
1908
1909         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1910 }
1911
1912 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1913 {
1914         return local_zone->node == zone->node;
1915 }
1916
1917 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1918 {
1919         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
1920                                 RECLAIM_DISTANCE;
1921 }
1922
1923 #else   /* CONFIG_NUMA */
1924
1925 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1926 {
1927         return NULL;
1928 }
1929
1930 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1931                                 nodemask_t *allowednodes)
1932 {
1933         return 1;
1934 }
1935
1936 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1937 {
1938 }
1939
1940 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1941 {
1942 }
1943
1944 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1945 {
1946         return true;
1947 }
1948
1949 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1950 {
1951         return true;
1952 }
1953
1954 #endif  /* CONFIG_NUMA */
1955
1956 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
1957 {
1958         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
1959
1960         do {
1961                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
1962                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
1963                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
1964                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
1965         } while (zone++ != preferred_zone);
1966 }
1967
1968 /*
1969  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
1970  * a page.
1971  */
1972 static struct page *
1973 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, unsigned int order,
1974                 struct zonelist *zonelist, int high_zoneidx, int alloc_flags,
1975                 struct zone *preferred_zone, int classzone_idx, int migratetype)
1976 {
1977         struct zoneref *z;
1978         struct page *page = NULL;
1979         struct zone *zone;
1980         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
1981         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
1982         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
1983         bool consider_zone_dirty = (alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
1984                                 (gfp_mask & __GFP_WRITE);
1985         int nr_fair_skipped = 0;
1986         bool zonelist_rescan;
1987
1988 zonelist_scan:
1989         zonelist_rescan = false;
1990
1991         /*
1992          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
1993          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
1994          */
1995         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
1996                                                 high_zoneidx, nodemask) {
1997                 unsigned long mark;
1998
1999                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2000                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2001                                 continue;
2002                 if (cpusets_enabled() &&
2003                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2004                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2005                                 continue;
2006                 /*
2007                  * Distribute pages in proportion to the individual
2008                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2009                  * page was allocated in should have no effect on the
2010                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2011                  */
2012                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2013                         if (!zone_local(preferred_zone, zone))
2014                                 break;
2015                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2016                                 nr_fair_skipped++;
2017                                 continue;
2018                         }
2019                 }
2020                 /*
2021                  * When allocating a page cache page for writing, we
2022                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2023                  * limit, such that no single zone holds more than its
2024                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2025                  * The dirty limits take into account the zone's
2026                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2027                  * should be able to balance it without having to
2028                  * write pages from its LRU list.
2029                  *
2030                  * This may look like it could increase pressure on
2031                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2032                  * before they are full.  But the pages that do spill
2033                  * over are limited as the lower zones are protected
2034                  * by this very same mechanism.  It should not become
2035                  * a practical burden to them.
2036                  *
2037                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2038                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2039                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
2040                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2041                  * zones are together not big enough to reach the
2042                  * global limit.  The proper fix for these situations
2043                  * will require awareness of zones in the
2044                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2045                  */
2046                 if (consider_zone_dirty && !zone_dirty_ok(zone))
2047                         continue;
2048
2049                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2050                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2051                                        classzone_idx, alloc_flags)) {
2052                         int ret;
2053
2054                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2055                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2056                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2057                                 goto try_this_zone;
2058
2059                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2060                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
2061                                 /*
2062                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
2063                                  * and before considering the first zone allowed
2064                                  * by the cpuset.
2065                                  */
2066                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
2067                                 zlc_active = 1;
2068                                 did_zlc_setup = 1;
2069                         }
2070
2071                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2072                             !zone_allows_reclaim(preferred_zone, zone))
2073                                 goto this_zone_full;
2074
2075                         /*
2076                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
2077                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
2078                          */
2079                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2080                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2081                                 continue;
2082
2083                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2084                         switch (ret) {
2085                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2086                                 /* did not scan */
2087                                 continue;
2088                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2089                                 /* scanned but unreclaimable */
2090                                 continue;
2091                         default:
2092                                 /* did we reclaim enough */
2093                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2094                                                 classzone_idx, alloc_flags))
2095                                         goto try_this_zone;
2096
2097                                 /*
2098                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
2099                                  * Only mark the zone full if checking the min
2100                                  * watermark or if we failed to reclaim just
2101                                  * 1<<order pages or else the page allocator
2102                                  * fastpath will prematurely mark zones full
2103                                  * when the watermark is between the low and
2104                                  * min watermarks.
2105                                  */
2106                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
2107                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
2108                                         goto this_zone_full;
2109
2110                                 continue;
2111                         }
2112                 }
2113
2114 try_this_zone:
2115                 page = buffered_rmqueue(preferred_zone, zone, order,
2116                                                 gfp_mask, migratetype);
2117                 if (page)
2118                         break;
2119 this_zone_full:
2120                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)
2121                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
2122         }
2123
2124         if (page) {
2125                 /*
2126                  * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was
2127                  * necessary to allocate the page. The expectation is
2128                  * that the caller is taking steps that will free more
2129                  * memory. The caller should avoid the page being used
2130                  * for !PFMEMALLOC purposes.
2131                  */
2132                 page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2133                 return page;
2134         }
2135
2136         /*
2137          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2138          * local node.  However, the local node might have free pages left
2139          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2140          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2141          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2142          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2143          */
2144         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2145                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2146                 if (nr_fair_skipped) {
2147                         zonelist_rescan = true;
2148                         reset_alloc_batches(preferred_zone);
2149                 }
2150                 if (nr_online_nodes > 1)
2151                         zonelist_rescan = true;
2152         }
2153
2154         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)) {
2155                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
2156                 zlc_active = 0;
2157                 zonelist_rescan = true;
2158         }
2159
2160         if (zonelist_rescan)
2161                 goto zonelist_scan;
2162
2163         return NULL;
2164 }
2165
2166 /*
2167  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2168  * meminfo in irq context.
2169  */
2170 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2171 {
2172         bool ret = false;
2173
2174 #if NODES_SHIFT > 8
2175         ret = in_interrupt();
2176 #endif
2177         return ret;
2178 }
2179
2180 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2181                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2182                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2183
2184 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2185 {
2186         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2187
2188         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2189             debug_guardpage_minorder() > 0)
2190                 return;
2191
2192         /*
2193          * This documents exceptions given to allocations in certain
2194          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2195          * of allowed nodes.
2196          */
2197         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2198                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2199                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2200                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2201         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2202                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2203
2204         if (fmt) {
2205                 struct va_format vaf;
2206                 va_list args;
2207
2208                 va_start(args, fmt);
2209
2210                 vaf.fmt = fmt;
2211                 vaf.va = &args;
2212
2213                 pr_warn("%pV", &vaf);
2214
2215                 va_end(args);
2216         }
2217
2218         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2219                 current->comm, order, gfp_mask);
2220
2221         dump_stack();
2222         if (!should_suppress_show_mem())
2223                 show_mem(filter);
2224 }
2225
2226 static inline int
2227 should_alloc_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2228                                 unsigned long did_some_progress,
2229                                 unsigned long pages_reclaimed)
2230 {
2231         /* Do not loop if specifically requested */
2232         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
2233                 return 0;
2234
2235         /* Always retry if specifically requested */
2236         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2237                 return 1;
2238
2239         /*
2240          * Suspend converts GFP_KERNEL to __GFP_WAIT which can prevent reclaim
2241          * making forward progress without invoking OOM. Suspend also disables
2242          * storage devices so kswapd will not help. Bail if we are suspending.
2243          */
2244         if (!did_some_progress && pm_suspended_storage())
2245                 return 0;
2246
2247         /*
2248          * In this implementation, order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER
2249          * means __GFP_NOFAIL, but that may not be true in other
2250          * implementations.
2251          */
2252         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2253                 return 1;
2254
2255         /*
2256          * For order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, if __GFP_REPEAT is
2257          * specified, then we retry until we no longer reclaim any pages
2258          * (above), or we've reclaimed an order of pages at least as
2259          * large as the allocation's order. In both cases, if the
2260          * allocation still fails, we stop retrying.
2261          */
2262         if (gfp_mask & __GFP_REPEAT && pages_reclaimed < (1 << order))
2263                 return 1;
2264
2265         return 0;
2266 }
2267
2268 static inline struct page *
2269 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2270         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2271         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2272         int classzone_idx, int migratetype)
2273 {
2274         struct page *page;
2275
2276         /* Acquire the per-zone oom lock for each zone */
2277         if (!oom_zonelist_trylock(zonelist, gfp_mask)) {
2278                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2279                 return NULL;
2280         }
2281
2282         /*
2283          * PM-freezer should be notified that there might be an OOM killer on
2284          * its way to kill and wake somebody up. This is too early and we might
2285          * end up not killing anything but false positives are acceptable.
2286          * See freeze_processes.
2287          */
2288         note_oom_kill();
2289
2290         /*
2291          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2292          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2293          * we're still under heavy pressure.
2294          */
2295         page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask,
2296                 order, zonelist, high_zoneidx,
2297                 ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET,
2298                 preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2299         if (page)
2300                 goto out;
2301
2302         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2303                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2304                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2305                         goto out;
2306                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2307                 if (high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2308                         goto out;
2309                 /*
2310                  * GFP_THISNODE contains __GFP_NORETRY and we never hit this.
2311                  * Sanity check for bare calls of __GFP_THISNODE, not real OOM.
2312                  * The caller should handle page allocation failure by itself if
2313                  * it specifies __GFP_THISNODE.
2314                  * Note: Hugepage uses it but will hit PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER.
2315                  */
2316                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2317                         goto out;
2318         }
2319         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2320         out_of_memory(zonelist, gfp_mask, order, nodemask, false);
2321
2322 out:
2323         oom_zonelist_unlock(zonelist, gfp_mask);
2324         return page;
2325 }
2326
2327 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2328 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2329 static struct page *
2330 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2331         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2332         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2333         int classzone_idx, int migratetype, enum migrate_mode mode,
2334         int *contended_compaction, bool *deferred_compaction)
2335 {
2336         unsigned long compact_result;
2337         struct page *page;
2338
2339         if (!order)
2340                 return NULL;
2341
2342         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2343         compact_result = try_to_compact_pages(zonelist, order, gfp_mask,
2344                                                 nodemask, mode,
2345                                                 contended_compaction,
2346                                                 alloc_flags, classzone_idx);
2347         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2348
2349         switch (compact_result) {
2350         case COMPACT_DEFERRED:
2351                 *deferred_compaction = true;
2352                 /* fall-through */
2353         case COMPACT_SKIPPED:
2354                 return NULL;
2355         default:
2356                 break;
2357         }
2358
2359         /*
2360          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2361          * count a compaction stall
2362          */
2363         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2364
2365         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask,
2366                         order, zonelist, high_zoneidx,
2367                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2368                         preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2369
2370         if (page) {
2371                 struct zone *zone = page_zone(page);
2372
2373                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2374                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2375                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2376                 return page;
2377         }
2378
2379         /*
2380          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2381          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2382          */
2383         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2384
2385         cond_resched();
2386
2387         return NULL;
2388 }
2389 #else
2390 static inline struct page *
2391 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2392         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2393         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2394         int classzone_idx, int migratetype, enum migrate_mode mode,
2395         int *contended_compaction, bool *deferred_compaction)
2396 {
2397         return NULL;
2398 }
2399 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2400
2401 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2402 static int
2403 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, struct zonelist *zonelist,
2404                   nodemask_t *nodemask)
2405 {
2406         struct reclaim_state reclaim_state;
2407         int progress;
2408
2409         cond_resched();
2410
2411         /* We now go into synchronous reclaim */
2412         cpuset_memory_pressure_bump();
2413         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2414         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2415         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2416         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2417
2418         progress = try_to_free_pages(zonelist, order, gfp_mask, nodemask);
2419
2420         current->reclaim_state = NULL;
2421         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2422         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2423
2424         cond_resched();
2425
2426         return progress;
2427 }
2428
2429 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2430 static inline struct page *
2431 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2432         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2433         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2434         int classzone_idx, int migratetype, unsigned long *did_some_progress)
2435 {
2436         struct page *page = NULL;
2437         bool drained = false;
2438
2439         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, zonelist,
2440                                                nodemask);
2441         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2442                 return NULL;
2443
2444         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2445         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2446                 zlc_clear_zones_full(zonelist);
2447
2448 retry:
2449         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order,
2450                                         zonelist, high_zoneidx,
2451                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2452                                         preferred_zone, classzone_idx,
2453                                         migratetype);
2454
2455         /*
2456          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2457          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2458          */
2459         if (!page && !drained) {
2460                 drain_all_pages(NULL);
2461                 drained = true;
2462                 goto retry;
2463         }
2464
2465         return page;
2466 }
2467
2468 /*
2469  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2470  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2471  */
2472 static inline struct page *
2473 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2474         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2475         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2476         int classzone_idx, int migratetype)
2477 {
2478         struct page *page;
2479
2480         do {
2481                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order,
2482                         zonelist, high_zoneidx, ALLOC_NO_WATERMARKS,
2483                         preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2484
2485                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2486                         wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2487         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2488
2489         return page;
2490 }
2491
2492 static void wake_all_kswapds(unsigned int order,
2493                              struct zonelist *zonelist,
2494                              enum zone_type high_zoneidx,
2495                              struct zone *preferred_zone,
2496                              nodemask_t *nodemask)
2497 {
2498         struct zoneref *z;
2499         struct zone *zone;
2500
2501         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2502                                                 high_zoneidx, nodemask)
2503                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(preferred_zone));
2504 }
2505
2506 static inline int
2507 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2508 {
2509         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2510         const bool atomic = !(gfp_mask & (__GFP_WAIT | __GFP_NO_KSWAPD));
2511
2512         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2513         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2514
2515         /*
2516          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2517          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2518          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2519          * set both ALLOC_HARDER (atomic == true) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2520          */
2521         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2522
2523         if (atomic) {
2524                 /*
2525                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2526                  * if it can't schedule.
2527                  */
2528                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2529                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2530                 /*
2531                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2532                  * comment for __cpuset_node_allowed().
2533                  */
2534                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2535         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2536                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2537
2538         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2539                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2540                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2541                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2542                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2543                 else if (!in_interrupt() &&
2544                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2545                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2546                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2547         }
2548 #ifdef CONFIG_CMA
2549         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2550                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2551 #endif
2552         return alloc_flags;
2553 }
2554
2555 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2556 {
2557         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2558 }
2559
2560 static inline struct page *
2561 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2562         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2563         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2564         int classzone_idx, int migratetype)
2565 {
2566         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2567         struct page *page = NULL;
2568         int alloc_flags;
2569         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2570         unsigned long did_some_progress;
2571         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
2572         bool deferred_compaction = false;
2573         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
2574
2575         /*
2576          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2577          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2578          * be using allocators in order of preference for an area that is
2579          * too large.
2580          */
2581         if (order >= MAX_ORDER) {
2582                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2583                 return NULL;
2584         }
2585
2586         /*
2587          * GFP_THISNODE (meaning __GFP_THISNODE, __GFP_NORETRY and
2588          * __GFP_NOWARN set) should not cause reclaim since the subsystem
2589          * (f.e. slab) using GFP_THISNODE may choose to trigger reclaim
2590          * using a larger set of nodes after it has established that the
2591          * allowed per node queues are empty and that nodes are
2592          * over allocated.
2593          */
2594         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2595             (gfp_mask & GFP_THISNODE) == GFP_THISNODE)
2596                 goto nopage;
2597
2598 restart:
2599         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2600                 wake_all_kswapds(order, zonelist, high_zoneidx,
2601                                 preferred_zone, nodemask);
2602
2603         /*
2604          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2605          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2606          * to how we want to proceed.
2607          */
2608         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2609
2610         /*
2611          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2612          * cpusets.
2613          */
2614         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !nodemask) {
2615                 struct zoneref *preferred_zoneref;
2616                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx,
2617                                 NULL, &preferred_zone);
2618                 classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
2619         }
2620
2621 rebalance:
2622         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
2623         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order, zonelist,
2624                         high_zoneidx, alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2625                         preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2626         if (page)
2627                 goto got_pg;
2628
2629         /* Allocate without watermarks if the context allows */
2630         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
2631                 /*
2632                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
2633                  * the allocation is high priority and these type of
2634                  * allocations are system rather than user orientated
2635                  */
2636                 zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
2637
2638                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order,
2639                                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,
2640                                 preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2641                 if (page) {
2642                         goto got_pg;
2643                 }
2644         }
2645
2646         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
2647         if (!wait) {
2648                 /*
2649                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
2650                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
2651                  * type of allocation to fail.
2652                  */
2653                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
2654                 goto nopage;
2655         }
2656
2657         /* Avoid recursion of direct reclaim */
2658         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
2659                 goto nopage;
2660
2661         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
2662         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2663                 goto nopage;
2664
2665         /*
2666          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
2667          * attempts after direct reclaim are synchronous
2668          */
2669         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, zonelist,
2670                                         high_zoneidx, nodemask, alloc_flags,
2671                                         preferred_zone,
2672                                         classzone_idx, migratetype,
2673                                         migration_mode, &contended_compaction,
2674                                         &deferred_compaction);
2675         if (page)
2676                 goto got_pg;
2677
2678         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
2679         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) == GFP_TRANSHUGE) {
2680                 /*
2681                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
2682                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
2683                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
2684                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
2685                  * instead of entering direct reclaim.
2686                  */
2687                 if (deferred_compaction)
2688                         goto nopage;
2689
2690                 /*
2691                  * In all zones where compaction was attempted (and not
2692                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
2693                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
2694                  * so we fallback to base pages instead.
2695                  */
2696                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
2697                         goto nopage;
2698
2699                 /*
2700                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
2701                  * want to further increase allocation latency, unless it is
2702                  * khugepaged trying to collapse.
2703                  */
2704                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
2705                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
2706                         goto nopage;
2707         }
2708
2709         /*
2710          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
2711          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
2712          * khugepaged trying to collapse.
2713          */
2714         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) != GFP_TRANSHUGE ||
2715                                                 (current->flags & PF_KTHREAD))
2716                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
2717
2718         /* Try direct reclaim and then allocating */
2719         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order,
2720                                         zonelist, high_zoneidx,
2721                                         nodemask,
2722                                         alloc_flags, preferred_zone,
2723                                         classzone_idx, migratetype,
2724                                         &did_some_progress);
2725         if (page)
2726                 goto got_pg;
2727
2728         /*
2729          * If we failed to make any progress reclaiming, then we are
2730          * running out of options and have to consider going OOM
2731          */
2732         if (!did_some_progress) {
2733                 if (oom_gfp_allowed(gfp_mask)) {
2734                         if (oom_killer_disabled)
2735                                 goto nopage;
2736                         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2737                         if ((current->flags & PF_DUMPCORE) &&
2738                             !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2739                                 goto nopage;
2740                         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order,
2741                                         zonelist, high_zoneidx,
2742                                         nodemask, preferred_zone,
2743                                         classzone_idx, migratetype);
2744                         if (page)
2745                                 goto got_pg;
2746
2747                         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2748                                 /*
2749                                  * The oom killer is not called for high-order
2750                                  * allocations that may fail, so if no progress
2751                                  * is being made, there are no other options and
2752                                  * retrying is unlikely to help.
2753                                  */
2754                                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2755                                         goto nopage;
2756                                 /*
2757                                  * The oom killer is not called for lowmem
2758                                  * allocations to prevent needlessly killing
2759                                  * innocent tasks.
2760                                  */
2761                                 if (high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2762                                         goto nopage;
2763                         }
2764
2765                         goto restart;
2766                 }
2767         }
2768
2769         /* Check if we should retry the allocation */
2770         pages_reclaimed += did_some_progress;
2771         if (should_alloc_retry(gfp_mask, order, did_some_progress,
2772                                                 pages_reclaimed)) {
2773                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
2774                 wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2775                 goto rebalance;
2776         } else {
2777                 /*
2778                  * High-order allocations do not necessarily loop after
2779                  * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
2780                  * being called after reclaim so call directly if necessary
2781                  */
2782                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, zonelist,
2783                                         high_zoneidx, nodemask, alloc_flags,
2784                                         preferred_zone,
2785                                         classzone_idx, migratetype,
2786                                         migration_mode, &contended_compaction,
2787                                         &deferred_compaction);
2788                 if (page)
2789                         goto got_pg;
2790         }
2791
2792 nopage:
2793         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
2794         return page;
2795 got_pg:
2796         if (kmemcheck_enabled)
2797                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
2798
2799         return page;
2800 }
2801
2802 /*
2803  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
2804  */
2805 struct page *
2806 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2807                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
2808 {
2809         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
2810         struct zone *preferred_zone;
2811         struct zoneref *preferred_zoneref;
2812         struct page *page = NULL;
2813         int migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
2814         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2815         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
2816         int classzone_idx;
2817
2818         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
2819
2820         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
2821
2822         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
2823
2824         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
2825                 return NULL;
2826
2827         /*
2828          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
2829          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
2830          * of GFP_THISNODE and a memoryless node
2831          */
2832         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
2833                 return NULL;
2834
2835         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2836                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2837
2838 retry_cpuset:
2839         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
2840
2841         /* The preferred zone is used for statistics later */
2842         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx,
2843                                 nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
2844                                 &preferred_zone);
2845         if (!preferred_zone)
2846                 goto out;
2847         classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
2848
2849         /* First allocation attempt */
2850         page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask, order,
2851                         zonelist, high_zoneidx, alloc_flags,
2852                         preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2853         if (unlikely(!page)) {
2854                 /*
2855                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
2856                  * can deadlock because I/O on the device might not
2857                  * complete.
2858                  */
2859                 gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
2860                 page = __alloc_pages_slowpath(gfp_mask, order,
2861                                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,
2862                                 preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2863         }
2864
2865         trace_mm_page_alloc(page, order, gfp_mask, migratetype);
2866
2867 out:
2868         /*
2869          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
2870          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
2871          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
2872          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
2873          */
2874         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
2875                 goto retry_cpuset;
2876
2877         return page;
2878 }
2879 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
2880
2881 /*
2882  * Common helper functions.
2883  */
2884 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2885 {
2886         struct page *page;
2887
2888         /*
2889          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
2890          * a highmem page
2891          */
2892         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
2893
2894         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2895         if (!page)
2896                 return 0;
2897         return (unsigned long) page_address(page);
2898 }
2899 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
2900
2901 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
2902 {
2903         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
2904 }
2905 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
2906
2907 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
2908 {
2909         if (put_page_testzero(page)) {
2910                 if (order == 0)
2911                         free_hot_cold_page(page, false);
2912                 else
2913                         __free_pages_ok(page, order);
2914         }
2915 }
2916
2917 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
2918
2919 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2920 {
2921         if (addr != 0) {
2922                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2923                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2924         }
2925 }
2926
2927 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
2928
2929 /*
2930  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
2931  * of the current memory cgroup.
2932  *
2933  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
2934  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
2935  */
2936 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2937 {
2938         struct page *page;
2939         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2940
2941         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2942                 return NULL;
2943         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2944         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2945         return page;
2946 }
2947
2948 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2949 {
2950         struct page *page;
2951         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2952
2953         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2954                 return NULL;
2955         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
2956         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2957         return page;
2958 }
2959
2960 /*
2961  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
2962  * alloc_kmem_pages.
2963  */
2964 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
2965 {
2966         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
2967         __free_pages(page, order);
2968 }
2969
2970 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2971 {
2972         if (addr != 0) {
2973                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2974                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2975         }
2976 }
2977
2978 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
2979 {
2980         if (addr) {
2981                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
2982                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
2983
2984                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
2985                 while (used < alloc_end) {
2986                         free_page(used);
2987                         used += PAGE_SIZE;
2988                 }
2989         }
2990         return (void *)addr;
2991 }
2992
2993 /**
2994  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
2995  * @size: the number of bytes to allocate
2996  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
2997  *
2998  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
2999  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3000  * allocate memory in power-of-two pages.
3001  *
3002  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3003  *
3004  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3005  */
3006 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3007 {
3008         unsigned int order = get_order(size);
3009         unsigned long addr;
3010
3011         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3012         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3013 }
3014 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3015
3016 /**
3017  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3018  *                         pages on a node.
3019  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3020  * @size: the number of bytes to allocate
3021  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3022  *
3023  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3024  * back.
3025  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
3026  * but is not exact.
3027  */
3028 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3029 {
3030         unsigned order = get_order(size);
3031         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3032         if (!p)
3033                 return NULL;
3034         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3035 }
3036
3037 /**
3038  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3039  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3040  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3041  *
3042  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3043  */
3044 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3045 {
3046         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3047         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3048
3049         while (addr < end) {
3050                 free_page(addr);
3051                 addr += PAGE_SIZE;
3052         }
3053 }
3054 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3055
3056 /**
3057  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3058  * @offset: The zone index of the highest zone
3059  *
3060  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3061  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3062  * zone, the number of pages is calculated as:
3063  *     managed_pages - high_pages
3064  */
3065 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3066 {
3067         struct zoneref *z;
3068         struct zone *zone;
3069
3070         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3071         unsigned long sum = 0;
3072
3073         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3074
3075         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3076                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3077                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3078                 if (size > high)
3079                         sum += size - high;
3080         }
3081
3082         return sum;
3083 }
3084
3085 /**
3086  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3087  *
3088  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3089  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3090  */
3091 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3092 {
3093         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3094 }
3095 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3096
3097 /**
3098  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3099  *
3100  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3101  * high watermark within all zones.
3102  */
3103 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3104 {
3105         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3106 }
3107
3108 static inline void show_node(struct zone *zone)
3109 {
3110         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3111                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3112 }
3113
3114 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3115 {
3116         val->totalram = totalram_pages;
3117         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3118         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3119         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3120         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3121         val->freehigh = nr_free_highpages();
3122         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3123 }
3124
3125 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3126
3127 #ifdef CONFIG_NUMA
3128 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3129 {
3130         int zone_type;          /* needs to be signed */
3131         unsigned long managed_pages = 0;
3132         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3133
3134         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3135                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3136         val->totalram = managed_pages;
3137         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3138         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3139 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3140         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3141         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3142                         NR_FREE_PAGES);
3143 #else
3144         val->totalhigh = 0;
3145         val->freehigh = 0;
3146 #endif
3147         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3148 }
3149 #endif
3150
3151 /*
3152  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3153  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3154  */
3155 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3156 {
3157         bool ret = false;
3158         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3159
3160         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3161                 goto out;
3162
3163         do {
3164                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3165                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3166         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3167 out:
3168         return ret;
3169 }
3170
3171 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3172
3173 static void show_migration_types(unsigned char type)
3174 {
3175         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3176                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3177                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3178                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3179                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
3180 #ifdef CONFIG_CMA
3181                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3182 #endif
3183 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3184                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3185 #endif
3186         };
3187         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3188         char *p = tmp;
3189         int i;
3190
3191         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3192                 if (type & (1 << i))
3193                         *p++ = types[i];
3194         }
3195
3196         *p = '\0';
3197         printk("(%s) ", tmp);
3198 }
3199
3200 /*
3201  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3202  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3203  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3204  * Suppresses nodes that are not allowed by current's cpuset if
3205  * SHOW_MEM_FILTER_NODES is passed.
3206  */
3207 void show_free_areas(unsigned int filter)
3208 {
3209         int cpu;
3210         struct zone *zone;
3211
3212         for_each_populated_zone(zone) {
3213                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3214                         continue;
3215                 show_node(zone);
3216                 printk("%s per-cpu:\n", zone->name);
3217
3218                 for_each_online_cpu(cpu) {
3219                         struct per_cpu_pageset *pageset;
3220
3221                         pageset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3222
3223                         printk("CPU %4d: hi:%5d, btch:%4d usd:%4d\n",
3224                                cpu, pageset->pcp.high,
3225                                pageset->pcp.batch, pageset->pcp.count);
3226                 }
3227         }
3228
3229         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3230                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3231                 " unevictable:%lu"
3232                 " dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3233                 " free:%lu slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3234                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3235                 " free_cma:%lu\n",
3236                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3237                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3238                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3239                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3240                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3241                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3242                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3243                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3244                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3245                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3246                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3247                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3248                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3249                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3250                 global_page_state(NR_SHMEM),
3251                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3252                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3253                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3254
3255         for_each_populated_zone(zone) {
3256                 int i;
3257
3258                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3259                         continue;
3260                 show_node(zone);
3261                 printk("%s"
3262                         " free:%lukB"
3263                         " min:%lukB"
3264                         " low:%lukB"
3265                         " high:%lukB"
3266                         " active_anon:%lukB"
3267                         " inactive_anon:%lukB"
3268                         " active_file:%lukB"
3269                         " inactive_file:%lukB"
3270                         " unevictable:%lukB"
3271                         " isolated(anon):%lukB"
3272                         " isolated(file):%lukB"
3273                         " present:%lukB"
3274                         " managed:%lukB"
3275                         " mlocked:%lukB"
3276                         " dirty:%lukB"
3277                         " writeback:%lukB"
3278                         " mapped:%lukB"
3279                         " shmem:%lukB"
3280                         " slab_reclaimable:%lukB"
3281                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3282                         " kernel_stack:%lukB"
3283                         " pagetables:%lukB"
3284                         " unstable:%lukB"
3285                         " bounce:%lukB"
3286                         " free_cma:%lukB"
3287                         " writeback_tmp:%lukB"
3288                         " pages_scanned:%lu"
3289                         " all_unreclaimable? %s"
3290                         "\n",
3291                         zone->name,
3292                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3293                         K(min_wmark_pages(zone)),
3294                         K(low_wmark_pages(zone)),
3295                         K(high_wmark_pages(zone)),
3296                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3297                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3298                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3299                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3300                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3301                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3302                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3303                         K(zone->present_pages),
3304                         K(zone->managed_pages),
3305                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3306                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3307                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3308                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3309                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3310                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3311                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3312                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3313                                 THREAD_SIZE / 1024,
3314                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3315                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3316                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3317                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3318                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3319                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3320                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3321                         );
3322                 printk("lowmem_reserve[]:");
3323                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3324                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3325                 printk("\n");
3326         }
3327
3328         for_each_populated_zone(zone) {
3329                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3330                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3331
3332                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3333                         continue;
3334                 show_node(zone);
3335                 printk("%s: ", zone->name);
3336
3337                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3338                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3339                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3340                         int type;
3341
3342                         nr[order] = area->nr_free;
3343                         total += nr[order] << order;
3344
3345                         types[order] = 0;
3346                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3347                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3348                                         types[order] |= 1 << type;
3349                         }
3350                 }
3351                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3352                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3353                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3354                         if (nr[order])
3355                                 show_migration_types(types[order]);
3356                 }
3357                 printk("= %lukB\n", K(total));
3358         }
3359
3360         hugetlb_show_meminfo();
3361
3362         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3363
3364         show_swap_cache_info();
3365 }
3366
3367 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3368 {
3369         zoneref->zone = zone;
3370         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3371 }
3372
3373 /*
3374  * Builds allocation fallback zone lists.
3375  *
3376  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3377  */
3378 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3379                                 int nr_zones)
3380 {
3381         struct zone *zone;
3382         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3383
3384         do {
3385                 zone_type--;
3386                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3387                 if (populated_zone(zone)) {
3388                         zoneref_set_zone(zone,
3389                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3390                         check_highest_zone(zone_type);
3391                 }
3392         } while (zone_type);
3393
3394         return nr_zones;
3395 }
3396
3397
3398 /*
3399  *  zonelist_order:
3400  *  0 = automatic detection of better ordering.
3401  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3402  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3403  *
3404  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3405  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3406  */
3407 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3408 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3409 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3410
3411 /* zonelist order in the kernel.
3412  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3413  */
3414 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3415 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3416
3417
3418 #ifdef CONFIG_NUMA
3419 /* The value user specified ....changed by config */
3420 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3421 /* string for sysctl */
3422 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3423 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3424
3425 /*
3426  * interface for configure zonelist ordering.
3427  * command line option "numa_zonelist_order"
3428  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3429  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3430  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3431  */
3432
3433 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3434 {
3435         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3436                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3437         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3438                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3439         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3440                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3441         } else {
3442                 printk(KERN_WARNING
3443                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3444                         "%s\n", s);
3445                 return -EINVAL;
3446         }
3447         return 0;
3448 }
3449
3450 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3451 {
3452         int ret;
3453
3454         if (!s)
3455                 return 0;
3456
3457         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3458         if (ret == 0)
3459                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3460
3461         return ret;
3462 }
3463 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3464
3465 /*
3466  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3467  */
3468 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3469                 void __user *buffer, size_t *length,
3470                 loff_t *ppos)
3471 {
3472         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3473         int ret;
3474         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3475
3476         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3477         if (write) {
3478                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3479                         ret = -EINVAL;
3480                         goto out;
3481                 }
3482                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3483         }
3484         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3485         if (ret)
3486                 goto out;
3487         if (write) {
3488                 int oldval = user_zonelist_order;
3489
3490                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
3491                 if (ret) {
3492                         /*
3493                          * bogus value.  restore saved string
3494                          */
3495                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
3496                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3497                         user_zonelist_order = oldval;
3498                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3499                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3500                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3501                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3502                 }
3503         }
3504 out:
3505         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3506         return ret;
3507 }
3508
3509
3510 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3511 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3512
3513 /**
3514  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3515  * @node: node whose fallback list we're appending
3516  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3517  *
3518  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3519  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3520  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3521  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3522  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3523  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3524  * on them otherwise.
3525  * It returns -1 if no node is found.
3526  */
3527 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3528 {
3529         int n, val;
3530         int min_val = INT_MAX;
3531         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3532         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3533
3534         /* Use the local node if we haven't already */
3535         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3536                 node_set(node, *used_node_mask);
3537                 return node;
3538         }
3539
3540         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3541
3542                 /* Don't want a node to appear more than once */
3543                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3544                         continue;
3545
3546                 /* Use the distance array to find the distance */
3547                 val = node_distance(node, n);
3548
3549                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
3550                 val += (n < node);
3551
3552                 /* Give preference to headless and unused nodes */
3553                 tmp = cpumask_of_node(n);
3554                 if (!cpumask_empty(tmp))
3555                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
3556
3557                 /* Slight preference for less loaded node */
3558                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
3559                 val += node_load[n];
3560
3561                 if (val < min_val) {
3562                         min_val = val;
3563                         best_node = n;
3564                 }
3565         }
3566
3567         if (best_node >= 0)
3568                 node_set(best_node, *used_node_mask);
3569
3570         return best_node;
3571 }
3572
3573
3574 /*
3575  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
3576  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
3577  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
3578  */
3579 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
3580 {
3581         int j;
3582         struct zonelist *zonelist;
3583
3584         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3585         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
3586                 ;
3587         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3588         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3589         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3590 }
3591
3592 /*
3593  * Build gfp_thisnode zonelists
3594  */
3595 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3596 {
3597         int j;
3598         struct zonelist *zonelist;
3599
3600         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
3601         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
3602         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3603         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3604 }
3605
3606 /*
3607  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
3608  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
3609  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
3610  * may still exist in local DMA zone.
3611  */
3612 static int node_order[MAX_NUMNODES];
3613
3614 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
3615 {
3616         int pos, j, node;
3617         int zone_type;          /* needs to be signed */
3618         struct zone *z;
3619         struct zonelist *zonelist;
3620
3621         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3622         pos = 0;
3623         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
3624                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
3625                         node = node_order[j];
3626                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
3627                         if (populated_zone(z)) {
3628                                 zoneref_set_zone(z,
3629                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
3630                                 check_highest_zone(zone_type);
3631                         }
3632                 }
3633         }
3634         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
3635         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
3636 }
3637
3638 #if defined(CONFIG_64BIT)
3639 /*
3640  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
3641  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
3642  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
3643  */
3644 static int default_zonelist_order(void)
3645 {
3646         return ZONELIST_ORDER_NODE;
3647 }
3648 #else
3649 /*
3650  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
3651  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
3652  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
3653  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
3654  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
3655  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
3656  */
3657 static int default_zonelist_order(void)
3658 {
3659         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
3660 }
3661 #endif /* CONFIG_64BIT */
3662
3663 static void set_zonelist_order(void)
3664 {
3665         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
3666                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
3667         else
3668                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
3669 }
3670
3671 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3672 {
3673         int j, node, load;
3674         enum zone_type i;
3675         nodemask_t used_mask;
3676         int local_node, prev_node;
3677         struct zonelist *zonelist;
3678         int order = current_zonelist_order;
3679
3680         /* initialize zonelists */
3681         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
3682                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
3683                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
3684                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
3685         }
3686
3687         /* NUMA-aware ordering of nodes */
3688         local_node = pgdat->node_id;
3689         load = nr_online_nodes;
3690         prev_node = local_node;
3691         nodes_clear(used_mask);
3692
3693         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
3694         j = 0;
3695
3696         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
3697                 /*
3698                  * We don't want to pressure a particular node.
3699                  * So adding penalty to the first node in same
3700                  * distance group to make it round-robin.
3701                  */
3702                 if (node_distance(local_node, node) !=
3703                     node_distance(local_node, prev_node))
3704                         node_load[node] = load;
3705
3706                 prev_node = node;
3707                 load--;
3708                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
3709                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
3710                 else
3711                         node_order[j++] = node; /* remember order */
3712         }
3713
3714         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
3715                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
3716                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
3717         }
3718
3719         build_thisnode_zonelists(pgdat);
3720 }
3721
3722 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
3723 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3724 {
3725         struct zonelist *zonelist;
3726         struct zonelist_cache *zlc;
3727         struct zoneref *z;
3728
3729         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3730         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
3731         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
3732         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
3733                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
3734 }
3735
3736 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3737 /*
3738  * Return node id of node used for "local" allocations.
3739  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
3740  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
3741  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
3742  */
3743 int local_memory_node(int node)
3744 {
3745         struct zone *zone;
3746
3747         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
3748                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
3749                                    NULL,
3750                                    &zone);
3751         return zone->node;
3752 }
3753 #endif
3754
3755 #else   /* CONFIG_NUMA */
3756
3757 static void set_zonelist_order(void)
3758 {
3759         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3760 }
3761
3762 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3763 {
3764         int node, local_node;
3765         enum zone_type j;
3766         struct zonelist *zonelist;
3767
3768         local_node = pgdat->node_id;
3769
3770         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3771         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
3772
3773         /*
3774          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
3775          * of all the other nodes.
3776          * We don't want to pressure a particular node, so when
3777          * building the zones for node N, we make sure that the
3778          * zones coming right after the local ones are those from
3779          * node N+1 (modulo N)
3780          */
3781         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
3782                 if (!node_online(node))
3783                         continue;
3784                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3785         }
3786         for (node = 0; node < local_node; node++) {
3787                 if (!node_online(node))
3788                         continue;
3789                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3790         }
3791
3792         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3793         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3794 }
3795
3796 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
3797 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3798 {
3799         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
3800 }
3801
3802 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3803
3804 /*
3805  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
3806  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
3807  * that an item put on a list will immediately be handed over to
3808  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
3809  * with interrupts disabled.
3810  *
3811  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
3812  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
3813  * hotplugged processors.
3814  *
3815  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
3816  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
3817  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
3818  */
3819 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
3820 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
3821 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
3822
3823 /*
3824  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
3825  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
3826  */
3827 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
3828
3829 /* return values int ....just for stop_machine() */
3830 static int __build_all_zonelists(void *data)
3831 {
3832         int nid;
3833         int cpu;
3834         pg_data_t *self = data;
3835
3836 #ifdef CONFIG_NUMA
3837         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
3838 #endif
3839
3840         if (self && !node_online(self->node_id)) {
3841                 build_zonelists(self);
3842                 build_zonelist_cache(self);
3843         }
3844
3845         for_each_online_node(nid) {
3846                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3847
3848                 build_zonelists(pgdat);
3849                 build_zonelist_cache(pgdat);
3850         }
3851
3852         /*
3853          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
3854          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
3855          * each zone will be allocated later when the per cpu
3856          * allocator is available.
3857          *
3858          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
3859          * cpus if the system is already booted because the pagesets
3860          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
3861          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
3862          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
3863          * (a chicken-egg dilemma).
3864          */
3865         for_each_possible_cpu(cpu) {
3866                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
3867
3868 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3869                 /*
3870                  * We now know the "local memory node" for each node--
3871                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
3872                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
3873                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
3874                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
3875                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
3876                  */
3877                 if (cpu_online(cpu))
3878                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
3879 #endif
3880         }
3881
3882         return 0;
3883 }
3884
3885 /*
3886  * Called with zonelists_mutex held always
3887  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
3888  */
3889 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
3890 {
3891         set_zonelist_order();
3892
3893         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
3894                 __build_all_zonelists(NULL);
3895                 mminit_verify_zonelist();
3896                 cpuset_init_current_mems_allowed();
3897         } else {
3898 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3899                 if (zone)
3900                         setup_zone_pageset(zone);
3901 #endif
3902                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
3903                    of zonelist */
3904                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
3905                 /* cpuset refresh routine should be here */
3906         }
3907         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
3908         /*
3909          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
3910          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
3911          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
3912          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
3913          * disabled and enable it later
3914          */
3915         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
3916                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
3917         else
3918                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
3919
3920         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
3921                 "Total pages: %ld\n",
3922                         nr_online_nodes,
3923                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
3924                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
3925                         vm_total_pages);
3926 #ifdef CONFIG_NUMA
3927         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
3928 #endif
3929 }
3930
3931 /*
3932  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
3933  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
3934  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
3935  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
3936  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
3937  * conservative, even though it seems large.
3938  *
3939  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
3940  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
3941  */
3942 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
3943
3944 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3945 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3946 {
3947         unsigned long size = 1;
3948
3949         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
3950
3951         while (size < pages)
3952                 size <<= 1;
3953
3954         /*
3955          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
3956          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
3957          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
3958          */
3959         size = min(size, 4096UL);
3960
3961         return max(size, 4UL);
3962 }
3963 #else
3964 /*
3965  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
3966  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
3967  *
3968  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
3969  *
3970  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
3971  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
3972  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
3973  *
3974  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
3975  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
3976  *
3977  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
3978  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
3979  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
3980  */
3981 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3982 {
3983         return 4096UL;
3984 }
3985 #endif
3986
3987 /*
3988  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
3989  * to extract the more random high bits from the multiplicative
3990  * hash function before the remainder is taken.
3991  */
3992 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
3993 {
3994         return ffz(~size);
3995 }
3996
3997 /*
3998  * Check if a pageblock contains reserved pages
3999  */
4000 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
4001 {
4002         unsigned long pfn;
4003
4004         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4005                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
4006                         return 1;
4007         }
4008         return 0;
4009 }
4010
4011 /*
4012  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
4013  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
4014  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
4015  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
4016  * blocks as reclaim kicks in
4017  */
4018 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
4019 {
4020         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
4021         struct page *page;
4022         unsigned long block_migratetype;
4023         int reserve;
4024         int old_reserve;
4025
4026         /*
4027          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
4028          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
4029          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
4030          * the block.
4031          */
4032         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
4033         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
4034         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
4035         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
4036                                                         pageblock_order;
4037
4038         /*
4039          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
4040          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
4041          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
4042          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
4043          * future allocation of hugepages at runtime.
4044          */
4045         reserve = min(2, reserve);
4046         old_reserve = zone->nr_migrate_reserve_block;
4047
4048         /* When memory hot-add, we almost always need to do nothing */
4049         if (reserve == old_reserve)
4050                 return;
4051         zone->nr_migrate_reserve_block = reserve;
4052
4053         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
4054                 if (!pfn_valid(pfn))
4055                         continue;
4056                 page = pfn_to_page(pfn);
4057
4058                 /* Watch out for overlapping nodes */
4059                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
4060                         continue;
4061
4062                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
4063
4064                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
4065                 if (reserve > 0) {
4066                         /*
4067                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
4068                          * them.
4069                          */
4070                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
4071                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
4072                                 continue;
4073
4074                         /* If this block is reserved, account for it */
4075                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4076                                 reserve--;
4077                                 continue;
4078                         }
4079
4080                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
4081                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
4082                                 set_pageblock_migratetype(page,
4083                                                         MIGRATE_RESERVE);
4084                                 move_freepages_block(zone, page,
4085                                                         MIGRATE_RESERVE);
4086                                 reserve--;
4087                                 continue;
4088                         }
4089                 } else if (!old_reserve) {
4090                         /*
4091                          * At boot time we don't need to scan the whole zone
4092                          * for turning off MIGRATE_RESERVE.
4093                          */
4094                         break;
4095                 }
4096
4097                 /*
4098                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
4099                  * take it back
4100                  */
4101                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4102                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4103                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
4104                 }
4105         }
4106 }
4107
4108 /*
4109  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4110  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4111  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4112  */
4113 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4114                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4115 {
4116         struct page *page;
4117         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4118         unsigned long pfn;
4119         struct zone *z;
4120
4121         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4122                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4123
4124         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone];
4125         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4126                 /*
4127                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4128                  * handed to this function.  They do not
4129                  * exist on hotplugged memory.
4130                  */
4131                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4132                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4133                                 continue;
4134                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4135                                 continue;
4136                 }
4137                 page = pfn_to_page(pfn);
4138                 set_page_links(page, zone, nid, pfn);
4139                 mminit_verify_page_links(page, zone, nid, pfn);
4140                 init_page_count(page);
4141                 page_mapcount_reset(page);
4142                 page_cpupid_reset_last(page);
4143                 SetPageReserved(page);
4144                 /*
4145                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4146                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4147                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4148                  * the address space during boot when many long-lived
4149                  * kernel allocations are made. Later some blocks near
4150                  * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
4151                  * setup_zone_migrate_reserve()
4152                  *
4153                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4154                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4155                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4156                  * pfn out of zone.
4157                  */
4158                 if ((z->zone_start_pfn <= pfn)
4159                     && (pfn < zone_end_pfn(z))
4160                     && !(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)))
4161                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4162
4163                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
4164 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
4165                 /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
4166                 if (!is_highmem_idx(zone))
4167                         set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
4168 #endif
4169         }
4170 }
4171
4172 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4173 {
4174         unsigned int order, t;
4175         for_each_migratetype_order(order, t) {
4176                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4177                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4178         }
4179 }
4180
4181 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4182 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4183         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4184 #endif
4185
4186 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4187 {
4188 #ifdef CONFIG_MMU
4189         int batch;
4190
4191         /*
4192          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4193          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4194          *
4195          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4196          */
4197         batch = zone->managed_pages / 1024;
4198         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4199                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4200         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4201         if (batch < 1)
4202                 batch = 1;
4203
4204         /*
4205          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4206          * of 2 value was found to be more likely to have
4207          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4208          *
4209          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4210          * batches of pages, one task can end up with a lot
4211          * of pages of one half of the possible page colors
4212          * and the other with pages of the other colors.
4213          */
4214         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4215
4216         return batch;
4217
4218 #else
4219         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4220          * conditions.
4221          *
4222          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4223          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4224          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4225          *
4226          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4227          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4228          * can be a significant delay between the individual batches being
4229          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4230          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4231          */
4232         return 0;
4233 #endif
4234 }
4235
4236 /*
4237  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4238  * ->batch must never be higher then ->high.
4239  * The following function updates them in a safe manner without read side
4240  * locking.
4241  *
4242  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4243  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4244  *
4245  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4246  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4247  * exist).
4248  */
4249 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4250                 unsigned long batch)
4251 {
4252        /* start with a fail safe value for batch */
4253         pcp->batch = 1;
4254         smp_wmb();
4255
4256        /* Update high, then batch, in order */
4257         pcp->high = high;
4258         smp_wmb();
4259
4260         pcp->batch = batch;
4261 }
4262
4263 /* a companion to pageset_set_high() */
4264 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4265 {
4266         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4267 }
4268
4269 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4270 {
4271         struct per_cpu_pages *pcp;
4272         int migratetype;
4273
4274         memset(p, 0, sizeof(*p));
4275
4276         pcp = &p->pcp;
4277         pcp->count = 0;
4278         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4279                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4280 }
4281
4282 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4283 {
4284         pageset_init(p);
4285         pageset_set_batch(p, batch);
4286 }
4287
4288 /*
4289  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4290  * to the value high for the pageset p.
4291  */
4292 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4293                                 unsigned long high)
4294 {
4295         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4296         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4297                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4298
4299         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4300 }
4301
4302 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4303                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4304 {
4305         if (percpu_pagelist_fraction)
4306                 pageset_set_high(pcp,
4307                         (zone->managed_pages /
4308                                 percpu_pagelist_fraction));
4309         else
4310                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4311 }
4312
4313 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4314 {
4315         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4316
4317         pageset_init(pcp);
4318         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4319 }
4320
4321 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4322 {
4323         int cpu;
4324         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4325         for_each_possible_cpu(cpu)
4326                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4327 }
4328
4329 /*
4330  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4331  * Before this call only boot pagesets were available.
4332  */
4333 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4334 {
4335         struct zone *zone;
4336
4337         for_each_populated_zone(zone)
4338                 setup_zone_pageset(zone);
4339 }
4340
4341 static noinline __init_refok
4342 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4343 {
4344         int i;
4345         size_t alloc_size;
4346
4347         /*
4348          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4349          * per zone.
4350          */
4351         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4352                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4353         zone->wait_table_bits =
4354                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4355         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4356                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4357
4358         if (!slab_is_available()) {
4359                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4360                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4361                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4362         } else {
4363                 /*
4364                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4365                  * via memory hot-add.
4366                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4367                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4368                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4369                  * node itself as well.
4370                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4371                  * necessary.
4372                  */
4373                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4374         }
4375         if (!zone->wait_table)
4376                 return -ENOMEM;
4377
4378         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4379                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4380
4381         return 0;
4382 }
4383
4384 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4385 {
4386         /*
4387          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4388          * relies on the ability of the linker to provide the
4389          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4390          */
4391         zone->pageset = &boot_pageset;
4392
4393         if (populated_zone(zone))
4394                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4395                         zone->name, zone->present_pages,
4396                                          zone_batchsize(zone));
4397 }
4398
4399 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4400                                         unsigned long zone_start_pfn,
4401                                         unsigned long size,
4402                                         enum memmap_context context)
4403 {
4404         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4405         int ret;
4406         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4407         if (ret)
4408                 return ret;
4409         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4410
4411         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4412
4413         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4414                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4415                         pgdat->node_id,
4416                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4417                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4418
4419         zone_init_free_lists(zone);
4420
4421         return 0;
4422 }
4423
4424 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4425 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4426 /*
4427  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4428  */
4429 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4430 {
4431         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4432         int nid;
4433         /*
4434          * NOTE: The following SMP-unsafe globals are only used early in boot
4435          * when the kernel is running single-threaded.
4436          */
4437         static unsigned long __meminitdata last_start_pfn, last_end_pfn;
4438         static int __meminitdata last_nid;
4439
4440         if (last_start_pfn <= pfn && pfn < last_end_pfn)
4441                 return last_nid;
4442
4443         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4444         if (nid != -1) {
4445                 last_start_pfn = start_pfn;
4446                 last_end_pfn = end_pfn;
4447                 last_nid = nid;
4448         }
4449
4450         return nid;
4451 }
4452 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4453
4454 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4455 {
4456         int nid;
4457
4458         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4459         if (nid >= 0)
4460                 return nid;
4461         /* just returns 0 */
4462         return 0;
4463 }
4464
4465 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
4466 bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
4467 {
4468         int nid;
4469
4470         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4471         if (nid >= 0 && nid != node)
4472                 return false;
4473         return true;
4474 }
4475 #endif
4476
4477 /**
4478  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4479  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4480  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4481  *
4482  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4483  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4484  * memblock_free_early_nid() manually.
4485  */
4486 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4487 {
4488         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4489         int i, this_nid;
4490
4491         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4492                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4493                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4494
4495                 if (start_pfn < end_pfn)
4496                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4497                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4498                                         this_nid);
4499         }
4500 }
4501
4502 /**
4503  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4504  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4505  *
4506  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4507  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4508  */
4509 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4510 {
4511         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4512         int i, this_nid;
4513
4514         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4515                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4516 }
4517
4518 /**
4519  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4520  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4521  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4522  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4523  *
4524  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4525  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4526  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4527  * PFNs will be 0.
4528  */
4529 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4530                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4531 {
4532         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4533         int i;
4534
4535         *start_pfn = -1UL;
4536         *end_pfn = 0;
4537
4538         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4539                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4540                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4541         }
4542
4543         if (*start_pfn == -1UL)
4544                 *start_pfn = 0;
4545 }
4546
4547 /*
4548  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4549  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4550  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4551  */
4552 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4553 {
4554         int zone_index;
4555         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4556                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4557                         continue;
4558
4559                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4560                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4561                         break;
4562         }
4563
4564         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4565         movable_zone = zone_index;
4566 }
4567
4568 /*
4569  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4570  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4571  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4572  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4573  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4574  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4575  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4576  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4577  */
4578 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4579                                         unsigned long zone_type,
4580                                         unsigned long node_start_pfn,
4581                                         unsigned long node_end_pfn,
4582                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4583                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4584 {
4585         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4586         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4587                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4588                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4589                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4590                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4591                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4592
4593                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4594                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4595                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4596                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4597
4598                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4599                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4600                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4601         }
4602 }
4603
4604 /*
4605  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4606  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4607  */
4608 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4609                                         unsigned long zone_type,
4610                                         unsigned long node_start_pfn,
4611                                         unsigned long node_end_pfn,
4612                                         unsigned long *ignored)
4613 {
4614         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4615
4616         /* Get the start and end of the zone */
4617         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4618         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4619         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4620                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
4621                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4622
4623         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
4624         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
4625                 return 0;
4626
4627         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
4628         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
4629         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
4630
4631         /* Return the spanned pages */
4632         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
4633 }
4634
4635 /*
4636  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
4637  * then all holes in the requested range will be accounted for.
4638  */
4639 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
4640                                 unsigned long range_start_pfn,
4641                                 unsigned long range_end_pfn)
4642 {
4643         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
4644         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4645         int i;
4646
4647         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
4648                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4649                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4650                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
4651         }
4652         return nr_absent;
4653 }
4654
4655 /**
4656  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
4657  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
4658  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
4659  *
4660  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
4661  */
4662 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
4663                                                         unsigned long end_pfn)
4664 {
4665         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
4666 }
4667
4668 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
4669 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4670                                         unsigned long zone_type,
4671                                         unsigned long node_start_pfn,
4672                                         unsigned long node_end_pfn,
4673                                         unsigned long *ignored)
4674 {
4675         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4676         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4677         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4678
4679         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
4680         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
4681
4682         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4683                         node_start_pfn, node_end_pfn,
4684                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4685         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
4686 }
4687
4688 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4689 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4690                                         unsigned long zone_type,
4691                                         unsigned long node_start_pfn,
4692                                         unsigned long node_end_pfn,
4693                                         unsigned long *zones_size)
4694 {
4695         return zones_size[zone_type];
4696 }
4697
4698 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4699                                                 unsigned long zone_type,
4700                                                 unsigned long node_start_pfn,
4701                                                 unsigned long node_end_pfn,
4702                                                 unsigned long *zholes_size)
4703 {
4704         if (!zholes_size)
4705                 return 0;
4706
4707         return zholes_size[zone_type];
4708 }
4709
4710 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4711
4712 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
4713                                                 unsigned long node_start_pfn,
4714                                                 unsigned long node_end_pfn,
4715                                                 unsigned long *zones_size,
4716                                                 unsigned long *zholes_size)
4717 {
4718         unsigned long realtotalpages, totalpages = 0;
4719         enum zone_type i;
4720
4721         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4722                 totalpages += zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4723                                                          node_start_pfn,
4724                                                          node_end_pfn,
4725                                                          zones_size);
4726         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
4727
4728         realtotalpages = totalpages;
4729         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4730                 realtotalpages -=
4731                         zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4732                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
4733                                                   zholes_size);
4734         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
4735         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
4736                                                         realtotalpages);
4737 }
4738
4739 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
4740 /*
4741  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
4742  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
4743  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
4744  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
4745  * bytes.
4746  */
4747 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
4748 {
4749         unsigned long usemapsize;
4750
4751         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
4752         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
4753         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
4754         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
4755         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
4756
4757         return usemapsize / 8;
4758 }
4759
4760 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
4761                                 struct zone *zone,
4762                                 unsigned long zone_start_pfn,
4763                                 unsigned long zonesize)
4764 {
4765         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
4766         zone->pageblock_flags = NULL;
4767         if (usemapsize)
4768                 zone->pageblock_flags =
4769                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
4770                                                          pgdat->node_id);
4771 }
4772 #else
4773 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
4774                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
4775 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
4776
4777 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
4778
4779 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
4780 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4781 {
4782         unsigned int order;
4783
4784         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
4785         if (pageblock_order)
4786                 return;
4787
4788         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
4789                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
4790         else
4791                 order = MAX_ORDER - 1;
4792
4793         /*
4794          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
4795          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
4796          * powerpc.
4797          */
4798         pageblock_order = order;
4799 }
4800 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4801
4802 /*
4803  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
4804  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
4805  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
4806  * the kernel config
4807  */
4808 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4809 {
4810 }
4811
4812 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4813
4814 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
4815                                                    unsigned long present_pages)
4816 {
4817         unsigned long pages = spanned_pages;
4818
4819         /*
4820          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
4821          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
4822          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
4823          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
4824          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
4825          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
4826          */
4827         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
4828             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
4829                 pages = present_pages;
4830
4831         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
4832 }
4833
4834 /*
4835  * Set up the zone data structures:
4836  *   - mark all pages reserved
4837  *   - mark all memory queues empty
4838  *   - clear the memory bitmaps
4839  *
4840  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
4841  */
4842 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
4843                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long node_end_pfn,
4844                 unsigned long *zones_size, unsigned long *zholes_size)
4845 {
4846         enum zone_type j;
4847         int nid = pgdat->node_id;
4848         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
4849         int ret;
4850
4851         pgdat_resize_init(pgdat);
4852 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
4853         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
4854         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
4855         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
4856 #endif
4857         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
4858         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
4859
4860         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
4861                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
4862                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
4863
4864                 size = zone_spanned_pages_in_node(nid, j, node_start_pfn,
4865                                                   node_end_pfn, zones_size);
4866                 realsize = freesize = size - zone_absent_pages_in_node(nid, j,
4867                                                                 node_start_pfn,
4868                                                                 node_end_pfn,
4869                                                                 zholes_size);
4870
4871                 /*
4872                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
4873                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
4874                  * and per-cpu initialisations
4875                  */
4876                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
4877                 if (freesize >= memmap_pages) {
4878                         freesize -= memmap_pages;
4879                         if (memmap_pages)
4880                                 printk(KERN_DEBUG
4881                                        "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
4882                                        zone_names[j], memmap_pages);
4883                 } else
4884                         printk(KERN_WARNING
4885                                 "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
4886                                 zone_names[j], memmap_pages, freesize);
4887
4888                 /* Account for reserved pages */
4889                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
4890                         freesize -= dma_reserve;
4891                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
4892                                         zone_names[0], dma_reserve);
4893                 }
4894
4895                 if (!is_highmem_idx(j))
4896                         nr_kernel_pages += freesize;
4897                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
4898                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
4899                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
4900                 nr_all_pages += freesize;
4901
4902                 zone->spanned_pages = size;
4903                 zone->present_pages = realsize;
4904                 /*
4905                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
4906                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
4907                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
4908                  */
4909                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
4910 #ifdef CONFIG_NUMA
4911                 zone->node = nid;
4912                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
4913                                                 / 100;
4914                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
4915 #endif
4916                 zone->name = zone_names[j];
4917                 spin_lock_init(&zone->lock);
4918                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
4919                 zone_seqlock_init(zone);
4920                 zone->zone_pgdat = pgdat;
4921                 zone_pcp_init(zone);
4922
4923                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
4924                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
4925
4926                 lruvec_init(&zone->lruvec);
4927                 if (!size)
4928                         continue;
4929
4930                 set_pageblock_order();
4931                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
4932                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
4933                                                 size, MEMMAP_EARLY);
4934                 BUG_ON(ret);
4935                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
4936                 zone_start_pfn += size;
4937         }
4938 }
4939
4940 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
4941 {
4942         /* Skip empty nodes */
4943         if (!pgdat->node_spanned_pages)
4944                 return;
4945
4946 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
4947         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
4948         if (!pgdat->node_mem_map) {
4949                 unsigned long size, start, end;
4950                 struct page *map;
4951
4952                 /*
4953                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
4954                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
4955                  * for the buddy allocator to function correctly.
4956                  */
4957                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
4958                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
4959                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
4960                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
4961                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
4962                 if (!map)
4963                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
4964                                                                pgdat->node_id);
4965                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
4966         }
4967 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
4968         /*
4969          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
4970          */
4971         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
4972                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
4973 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4974                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
4975                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
4976 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4977         }
4978 #endif
4979 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
4980 }
4981
4982 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
4983                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
4984 {
4985         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4986         unsigned long start_pfn = 0;
4987         unsigned long end_pfn = 0;
4988
4989         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
4990         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
4991
4992         pgdat->node_id = nid;
4993         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
4994 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4995         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
4996         printk(KERN_INFO "Initmem setup node %d [mem %#010Lx-%#010Lx]\n", nid,
4997                         (u64) start_pfn << PAGE_SHIFT, (u64) (end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
4998 #endif
4999         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5000                                   zones_size, zholes_size);
5001
5002         alloc_node_mem_map(pgdat);
5003 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5004         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5005                 nid, (unsigned long)pgdat,
5006                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5007 #endif
5008
5009         free_area_init_core(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5010                             zones_size, zholes_size);
5011 }
5012
5013 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5014
5015 #if MAX_NUMNODES > 1
5016 /*
5017  * Figure out the number of possible node ids.
5018  */
5019 void __init setup_nr_node_ids(void)
5020 {
5021         unsigned int node;
5022         unsigned int highest = 0;
5023
5024         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
5025                 highest = node;
5026         nr_node_ids = highest + 1;
5027 }
5028 #endif
5029
5030 /**
5031  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5032  *
5033  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5034  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5035  * all the nodes.
5036  *
5037  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5038  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5039  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5040  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5041  *
5042  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5043  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5044  * populated node map.
5045  *
5046  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5047  * requirement (single node).
5048  */
5049 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5050 {
5051         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5052         unsigned long start, end, mask;
5053         int last_nid = -1;
5054         int i, nid;
5055
5056         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5057                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5058                         last_nid = nid;
5059                         last_end = end;
5060                         continue;
5061                 }
5062
5063                 /*
5064                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5065                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5066                  * too coarse to separate the current node from the last.
5067                  */
5068                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5069                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5070                         mask <<= 1;
5071
5072                 /* accumulate all internode masks */
5073                 accl_mask |= mask;
5074         }
5075
5076         /* convert mask to number of pages */
5077         return ~accl_mask + 1;
5078 }
5079
5080 /* Find the lowest pfn for a node */
5081 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5082 {
5083         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5084         unsigned long start_pfn;
5085         int i;
5086
5087         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5088                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5089
5090         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5091                 printk(KERN_WARNING
5092                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5093                 return 0;
5094         }
5095
5096         return min_pfn;
5097 }
5098
5099 /**
5100  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5101  *
5102  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5103  * memblock_set_node().
5104  */
5105 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5106 {
5107         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5108 }
5109
5110 /*
5111  * early_calculate_totalpages()
5112  * Sum pages in active regions for movable zone.
5113  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5114  */
5115 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5116 {
5117         unsigned long totalpages = 0;
5118         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5119         int i, nid;
5120
5121         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5122                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5123
5124                 totalpages += pages;
5125                 if (pages)
5126                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5127         }
5128         return totalpages;
5129 }
5130
5131 /*
5132  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5133  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5134  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5135  * others
5136  */
5137 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5138 {
5139         int i, nid;
5140         unsigned long usable_startpfn;
5141         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5142         /* save the state before borrow the nodemask */
5143         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5144         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5145         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5146         struct memblock_region *r;
5147
5148         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5149         find_usable_zone_for_movable();
5150
5151         /*
5152          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5153          * options.
5154          */
5155         if (movable_node_is_enabled()) {
5156                 for_each_memblock(memory, r) {
5157                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5158                                 continue;
5159
5160                         nid = r->nid;
5161
5162                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5163                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5164                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5165                                 usable_startpfn;
5166                 }
5167
5168                 goto out2;
5169         }
5170
5171         /*
5172          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5173          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5174          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5175          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5176          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5177          * what movablecore would have allowed.
5178          */
5179         if (required_movablecore) {
5180                 unsigned long corepages;
5181
5182                 /*
5183                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5184                  * was requested by the user
5185                  */
5186                 required_movablecore =
5187                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5188                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5189
5190                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5191         }
5192
5193         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
5194         if (!required_kernelcore)
5195                 goto out;
5196
5197         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5198         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5199
5200 restart:
5201         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5202         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5203         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5204                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5205
5206                 /*
5207                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5208                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5209                  * amount of memory for the kernel
5210                  */
5211                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5212                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5213
5214                 /*
5215                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5216                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5217                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5218                  */
5219                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5220
5221                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5222                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5223                         unsigned long size_pages;
5224
5225                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5226                         if (start_pfn >= end_pfn)
5227                                 continue;
5228
5229                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5230                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5231                                 unsigned long kernel_pages;
5232                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5233                                                                 - start_pfn;
5234
5235                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5236                                                         kernelcore_remaining);
5237                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5238                                                         required_kernelcore);
5239
5240                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5241                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5242
5243                                         /*
5244                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5245                                          * that if we have to rebalance
5246                                          * kernelcore across nodes, we will
5247                                          * not double account here
5248                                          */
5249                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5250                                         continue;
5251                                 }
5252                                 start_pfn = usable_startpfn;
5253                         }
5254
5255                         /*
5256                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5257                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5258                          * number of pages used as kernelcore
5259                          */
5260                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5261                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5262                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5263                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5264
5265                         /*
5266                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5267                          * break if the kernelcore for this node has been
5268                          * satisfied
5269                          */
5270                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5271                                                                 size_pages);
5272                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5273                         if (!kernelcore_remaining)
5274                                 break;
5275                 }
5276         }
5277
5278         /*
5279          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5280          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5281          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5282          * satisfied
5283          */
5284         usable_nodes--;
5285         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5286                 goto restart;
5287
5288 out2:
5289         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5290         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5291                 zone_movable_pfn[nid] =
5292                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5293
5294 out:
5295         /* restore the node_state */
5296         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5297 }
5298
5299 /* Any regular or high memory on that node ? */
5300 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5301 {
5302         enum zone_type zone_type;
5303
5304         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5305                 return;
5306
5307         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5308                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5309                 if (populated_zone(zone)) {
5310                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5311                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5312                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5313                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5314                         break;
5315                 }
5316         }
5317 }
5318
5319 /**
5320  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5321  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5322  *
5323  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5324  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5325  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5326  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5327  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5328  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5329  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5330  * at arch_max_dma_pfn.
5331  */
5332 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5333 {
5334         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5335         int i, nid;
5336
5337         /* Record where the zone boundaries are */
5338         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5339                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5340         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5341                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5342         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5343         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5344         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5345                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5346                         continue;
5347                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5348                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5349                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5350                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5351         }
5352         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5353         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5354
5355         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5356         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5357         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5358
5359         /* Print out the zone ranges */
5360         pr_info("Zone ranges:\n");
5361         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5362                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5363                         continue;
5364                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5365                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5366                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5367                         pr_cont("empty\n");
5368                 else
5369                         pr_cont("[mem %0#10lx-%0#10lx]\n",
5370                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] << PAGE_SHIFT,
5371                                 (arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5372                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5373         }
5374
5375         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5376         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5377         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5378                 if (zone_movable_pfn[i])
5379                         pr_info("  Node %d: %#010lx\n", i,
5380                                zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5381         }
5382
5383         /* Print out the early node map */
5384         pr_info("Early memory node ranges\n");
5385         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5386                 pr_info("  node %3d: [mem %#010lx-%#010lx]\n", nid,
5387                        start_pfn << PAGE_SHIFT, (end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5388
5389         /* Initialise every node */
5390         mminit_verify_pageflags_layout();
5391         setup_nr_node_ids();
5392         for_each_online_node(nid) {
5393                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5394                 free_area_init_node(nid, NULL,
5395                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5396
5397                 /* Any memory on that node */
5398                 if (pgdat->node_present_pages)
5399                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5400                 check_for_memory(pgdat, nid);
5401         }
5402 }
5403
5404 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5405 {
5406         unsigned long long coremem;
5407         if (!p)
5408                 return -EINVAL;
5409
5410         coremem = memparse(p, &p);
5411         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5412
5413         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5414         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5415
5416         return 0;
5417 }
5418
5419 /*
5420  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5421  * cannot be reclaimed or migrated.
5422  */
5423 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5424 {
5425         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5426 }
5427
5428 /*
5429  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5430  * can be reclaimed or migrated.
5431  */
5432 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5433 {
5434         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5435 }
5436
5437 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5438 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5439
5440 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5441
5442 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5443 {
5444         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5445         page_zone(page)->managed_pages += count;
5446         totalram_pages += count;
5447 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5448         if (PageHighMem(page))
5449                 totalhigh_pages += count;
5450 #endif
5451         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5452 }
5453 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5454
5455 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5456 {
5457         void *pos;
5458         unsigned long pages = 0;
5459
5460         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5461         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5462         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5463                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5464                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5465                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5466         }
5467
5468         if (pages && s)
5469                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5470                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5471
5472         return pages;
5473 }
5474 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5475
5476 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5477 void free_highmem_page(struct page *page)
5478 {
5479         __free_reserved_page(page);
5480         totalram_pages++;
5481         page_zone(page)->managed_pages++;
5482         totalhigh_pages++;
5483 }
5484 #endif
5485
5486
5487 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5488 {
5489         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5490         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5491
5492         physpages = get_num_physpages();
5493         codesize = _etext - _stext;
5494         datasize = _edata - _sdata;
5495         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5496         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5497         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5498         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5499
5500         /*
5501          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5502          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5503          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5504          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5505          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5506          */
5507 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5508         do { \
5509                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5510                         size -= adj; \
5511         } while (0)
5512
5513         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5514                      _sinittext, init_code_size);
5515         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5516         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5517         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5518         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5519
5520 #undef  adj_init_size
5521
5522         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5523                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5524                "%luK init, %luK bss, %luK reserved"
5525 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5526                ", %luK highmem"
5527 #endif
5528                "%s%s)\n",
5529                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5530                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5531                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5532                (physpages - totalram_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5533 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5534                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5535 #endif
5536                str ? ", " : "", str ? str : "");
5537 }
5538
5539 /**
5540  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5541  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5542  *
5543  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5544  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5545  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5546  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5547  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5548  * smaller per-cpu batchsize.
5549  */
5550 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5551 {
5552         dma_reserve = new_dma_reserve;
5553 }
5554
5555 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5556 {
5557         free_area_init_node(0, zones_size,
5558                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5559 }
5560
5561 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5562                                  unsigned long action, void *hcpu)
5563 {
5564         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5565
5566         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5567                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5568                 drain_pages(cpu);
5569
5570                 /*
5571                  * Spill the event counters of the dead processor
5572                  * into the current processors event counters.
5573                  * This artificially elevates the count of the current
5574                  * processor.
5575                  */
5576                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5577
5578                 /*
5579                  * Zero the differential counters of the dead processor
5580                  * so that the vm statistics are consistent.
5581                  *
5582                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5583                  * race with what we are doing.
5584                  */
5585                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
5586         }
5587         return NOTIFY_OK;
5588 }
5589
5590 void __init page_alloc_init(void)
5591 {
5592         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5593 }
5594
5595 /*
5596  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
5597  *      or min_free_kbytes changes.
5598  */
5599 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5600 {
5601         struct pglist_data *pgdat;
5602         unsigned long reserve_pages = 0;
5603         enum zone_type i, j;
5604
5605         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5606                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5607                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5608                         long max = 0;
5609
5610                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5611                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5612                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5613                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5614                         }
5615
5616                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5617                         max += high_wmark_pages(zone);
5618
5619                         if (max > zone->managed_pages)
5620                                 max = zone->managed_pages;
5621                         reserve_pages += max;
5622                         /*
5623                          * Lowmem reserves are not available to
5624                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
5625                          * kswapd tries to balance zones to their high
5626                          * watermark.  As a result, neither should be
5627                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
5628                          * situation where reclaim has to clean pages
5629                          * in order to balance the zones.
5630                          */
5631                         zone->dirty_balance_reserve = max;
5632                 }
5633         }
5634         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
5635         totalreserve_pages = reserve_pages;
5636 }
5637
5638 /*
5639  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5640  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5641  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5642  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5643  */
5644 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5645 {
5646         struct pglist_data *pgdat;
5647         enum zone_type j, idx;
5648
5649         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5650                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5651                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5652                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
5653
5654                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5655
5656                         idx = j;
5657                         while (idx) {
5658                                 struct zone *lower_zone;
5659
5660                                 idx--;
5661
5662                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
5663                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
5664
5665                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
5666                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
5667                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
5668                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
5669                         }
5670                 }
5671         }
5672
5673         /* update totalreserve_pages */
5674         calculate_totalreserve_pages();
5675 }
5676
5677 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5678 {
5679         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5680         unsigned long lowmem_pages = 0;
5681         struct zone *zone;
5682         unsigned long flags;
5683
5684         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
5685         for_each_zone(zone) {
5686                 if (!is_highmem(zone))
5687                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
5688         }
5689
5690         for_each_zone(zone) {
5691                 u64 tmp;
5692
5693                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5694                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
5695                 do_div(tmp, lowmem_pages);
5696                 if (is_highmem(zone)) {
5697                         /*
5698                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5699                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
5700                          * value here.
5701                          *
5702                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5703                          * deltas controls asynch page reclaim, and so should
5704                          * not be capped for highmem.
5705                          */
5706                         unsigned long min_pages;
5707
5708                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
5709                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5710                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5711                 } else {
5712                         /*
5713                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5714                          * proportionate to the zone's size.
5715                          */
5716                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5717                 }
5718
5719                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
5720                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
5721
5722                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
5723                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
5724                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
5725
5726                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
5727                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5728         }
5729
5730         /* update totalreserve_pages */
5731         calculate_totalreserve_pages();
5732 }
5733
5734 /**
5735  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5736  * or when memory is hot-{added|removed}
5737  *
5738  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5739  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5740  */
5741 void setup_per_zone_wmarks(void)
5742 {
5743         mutex_lock(&zonelists_mutex);
5744         __setup_per_zone_wmarks();
5745         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
5746 }
5747
5748 /*
5749  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
5750  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
5751  * to be referenced again before it is swapped out.
5752  *
5753  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
5754  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
5755  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
5756  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
5757  *
5758  * total     target    max
5759  * memory    ratio     inactive anon
5760  * -------------------------------------
5761  *   10MB       1         5MB
5762  *  100MB       1        50MB
5763  *    1GB       3       250MB
5764  *   10GB      10       0.9GB
5765  *  100GB      31         3GB
5766  *    1TB     101        10GB
5767  *   10TB     320        32GB
5768  */
5769 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
5770 {
5771         unsigned int gb, ratio;
5772
5773         /* Zone size in gigabytes */
5774         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
5775         if (gb)
5776                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
5777         else
5778                 ratio = 1;
5779
5780         zone->inactive_ratio = ratio;
5781 }
5782
5783 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
5784 {
5785         struct zone *zone;
5786
5787         for_each_zone(zone)
5788                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
5789 }
5790
5791 /*
5792  * Initialise min_free_kbytes.
5793  *
5794  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5795  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
5796  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5797  *
5798  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5799  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5800  *
5801  * which yields
5802  *
5803  * 16MB:        512k
5804  * 32MB:        724k
5805  * 64MB:        1024k
5806  * 128MB:       1448k
5807  * 256MB:       2048k
5808  * 512MB:       2896k
5809  * 1024MB:      4096k
5810  * 2048MB:      5792k
5811  * 4096MB:      8192k
5812  * 8192MB:      11584k
5813  * 16384MB:     16384k
5814  */
5815 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5816 {
5817         unsigned long lowmem_kbytes;
5818         int new_min_free_kbytes;
5819
5820         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5821         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5822
5823         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
5824                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
5825                 if (min_free_kbytes < 128)
5826                         min_free_kbytes = 128;
5827                 if (min_free_kbytes > 65536)
5828                         min_free_kbytes = 65536;
5829         } else {
5830                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
5831                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
5832         }
5833         setup_per_zone_wmarks();
5834         refresh_zone_stat_thresholds();
5835         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5836         setup_per_zone_inactive_ratio();
5837         return 0;
5838 }
5839 module_init(init_per_zone_wmark_min)
5840
5841 /*
5842  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
5843  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5844  *      changes.
5845  */
5846 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5847         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5848 {
5849         int rc;
5850
5851         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5852         if (rc)
5853                 return rc;
5854
5855         if (write) {
5856                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
5857                 setup_per_zone_wmarks();
5858         }
5859         return 0;
5860 }
5861
5862 #ifdef CONFIG_NUMA
5863 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5864         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5865 {
5866         struct zone *zone;
5867         int rc;
5868
5869         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5870         if (rc)
5871                 return rc;
5872
5873         for_each_zone(zone)
5874                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
5875                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
5876         return 0;
5877 }
5878
5879 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5880         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5881 {
5882         struct zone *zone;
5883         int rc;
5884
5885         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5886         if (rc)
5887                 return rc;
5888
5889         for_each_zone(zone)
5890                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
5891                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5892         return 0;
5893 }
5894 #endif
5895
5896 /*
5897  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
5898  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
5899  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
5900  *
5901  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
5902  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
5903  * if in function of the boot time zone sizes.
5904  */
5905 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5906         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5907 {
5908         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5909         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5910         return 0;
5911 }
5912
5913 /*
5914  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
5915  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
5916  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
5917  */
5918 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5919         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5920 {
5921         struct zone *zone;
5922         int old_percpu_pagelist_fraction;
5923         int ret;
5924
5925         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5926         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
5927
5928         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5929         if (!write || ret < 0)
5930                 goto out;
5931
5932         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
5933         if (percpu_pagelist_fraction &&
5934             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
5935                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
5936                 ret = -EINVAL;
5937                 goto out;
5938         }
5939
5940         /* No change? */
5941         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
5942                 goto out;
5943
5944         for_each_populated_zone(zone) {
5945                 unsigned int cpu;
5946
5947                 for_each_possible_cpu(cpu)
5948                         pageset_set_high_and_batch(zone,
5949                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
5950         }
5951 out:
5952         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5953         return ret;
5954 }
5955
5956 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
5957
5958 #ifdef CONFIG_NUMA
5959 static int __init set_hashdist(char *str)
5960 {
5961         if (!str)
5962                 return 0;
5963         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
5964         return 1;
5965 }
5966 __setup("hashdist=", set_hashdist);
5967 #endif
5968
5969 /*
5970  * allocate a large system hash table from bootmem
5971  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
5972  *   quantity of entries
5973  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
5974  */
5975 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
5976                                      unsigned long bucketsize,
5977                                      unsigned long numentries,
5978                                      int scale,
5979                                      int flags,
5980                                      unsigned int *_hash_shift,
5981                                      unsigned int *_hash_mask,
5982                                      unsigned long low_limit,
5983                                      unsigned long high_limit)
5984 {
5985         unsigned long long max = high_limit;
5986         unsigned long log2qty, size;
5987         void *table = NULL;
5988
5989         /* allow the kernel cmdline to have a say */
5990         if (!numentries) {
5991                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
5992                 numentries = nr_kernel_pages;
5993
5994                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
5995                 if (PAGE_SHIFT < 20)
5996                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
5997
5998                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
5999                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6000                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6001                 else
6002                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6003
6004                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6005                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6006                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6007                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6008                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6009                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6010                                 BUG_ON(!numentries);
6011                         }
6012                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6013                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6014         }
6015         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6016
6017         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6018         if (max == 0) {
6019                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6020                 do_div(max, bucketsize);
6021         }
6022         max = min(max, 0x80000000ULL);
6023
6024         if (numentries < low_limit)
6025                 numentries = low_limit;
6026         if (numentries > max)
6027                 numentries = max;
6028
6029         log2qty = ilog2(numentries);
6030
6031         do {
6032                 size = bucketsize << log2qty;
6033                 if (flags & HASH_EARLY)
6034                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6035                 else if (hashdist)
6036                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6037                 else {
6038                         /*
6039                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6040                          * some pages at the end of hash table which
6041                          * alloc_pages_exact() automatically does
6042                          */
6043                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6044                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6045                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6046                         }
6047                 }
6048         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6049
6050         if (!table)
6051                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6052
6053         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6054                tablename,
6055                (1UL << log2qty),
6056                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6057                size);
6058
6059         if (_hash_shift)
6060                 *_hash_shift = log2qty;
6061         if (_hash_mask)
6062                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6063
6064         return table;
6065 }
6066
6067 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6068 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6069                                                         unsigned long pfn)
6070 {
6071 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6072         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6073 #else
6074         return zone->pageblock_flags;
6075 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6076 }
6077
6078 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6079 {
6080 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6081         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6082         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6083 #else
6084         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6085         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6086 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6087 }
6088
6089 /**
6090  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6091  * @page: The page within the block of interest
6092  * @pfn: The target page frame number
6093  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6094  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6095  *
6096  * Return: pageblock_bits flags
6097  */
6098 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6099                                         unsigned long end_bitidx,
6100                                         unsigned long mask)
6101 {
6102         struct zone *zone;
6103         unsigned long *bitmap;
6104         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6105         unsigned long word;
6106
6107         zone = page_zone(page);
6108         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6109         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6110         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6111         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6112
6113         word = bitmap[word_bitidx];
6114         bitidx += end_bitidx;
6115         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6116 }
6117
6118 /**
6119  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6120  * @page: The page within the block of interest
6121  * @flags: The flags to set
6122  * @pfn: The target page frame number
6123  * @end_bitidx: The last bit of interest
6124  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6125  */
6126 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6127                                         unsigned long pfn,
6128                                         unsigned long end_bitidx,
6129                                         unsigned long mask)
6130 {
6131         struct zone *zone;
6132         unsigned long *bitmap;
6133         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6134         unsigned long old_word, word;
6135
6136         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6137
6138         zone = page_zone(page);
6139         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6140         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6141         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6142         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6143
6144         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6145
6146         bitidx += end_bitidx;
6147         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6148         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6149
6150         word = ACCESS_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6151         for (;;) {
6152                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6153                 if (word == old_word)
6154                         break;
6155                 word = old_word;
6156         }
6157 }
6158
6159 /*
6160  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6161  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6162  *
6163  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6164  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6165  * expect this function should be exact.
6166  */
6167 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6168                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6169 {
6170         unsigned long pfn, iter, found;
6171         int mt;
6172
6173         /*
6174          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6175          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6176          */
6177         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6178                 return false;
6179         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6180         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6181                 return false;
6182
6183         pfn = page_to_pfn(page);
6184         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6185                 unsigned long check = pfn + iter;
6186
6187                 if (!pfn_valid_within(check))
6188                         continue;
6189
6190                 page = pfn_to_page(check);
6191
6192                 /*
6193                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6194                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6195                  * handle each tail page individually in migration.
6196                  */
6197                 if (PageHuge(page)) {
6198                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6199                         continue;
6200                 }
6201
6202                 /*
6203                  * We can't use page_count without pin a page
6204                  * because another CPU can free compound page.
6205                  * This check already skips compound tails of THP
6206                  * because their page->_count is zero at all time.
6207                  */
6208                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6209                         if (PageBuddy(page))
6210                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6211                         continue;
6212                 }
6213
6214                 /*
6215                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6216                  * page_count() is not 0.
6217                  */
6218                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6219                         continue;
6220
6221                 if (!PageLRU(page))
6222                         found++;
6223                 /*
6224                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check it.
6225                  * But now, memory offline itself doesn't call shrink_slab()
6226                  * and it still to be fixed.
6227                  */
6228                 /*
6229                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6230                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6231                  *
6232                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6233                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6234                  * page at boot.
6235                  */
6236                 if (found > count)
6237                         return true;
6238         }
6239         return false;
6240 }
6241
6242 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6243 {
6244         struct zone *zone;
6245         unsigned long pfn;
6246
6247         /*
6248          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6249          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6250          * the zone but still within the section.
6251          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6252          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6253          */
6254         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6255                 return false;
6256
6257         zone = page_zone(page);
6258         pfn = page_to_pfn(page);
6259         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6260                 return false;
6261
6262         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6263 }
6264
6265 #ifdef CONFIG_CMA
6266
6267 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6268 {
6269         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6270                              pageblock_nr_pages) - 1);
6271 }
6272
6273 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6274 {
6275         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6276                                 pageblock_nr_pages));
6277 }
6278
6279 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6280 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6281                                         unsigned long start, unsigned long end)
6282 {
6283         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6284         unsigned long nr_reclaimed;
6285         unsigned long pfn = start;
6286         unsigned int tries = 0;
6287         int ret = 0;
6288
6289         migrate_prep();
6290
6291         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6292                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6293                         ret = -EINTR;
6294                         break;
6295                 }
6296
6297                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6298                         cc->nr_migratepages = 0;
6299                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6300                         if (!pfn) {
6301                                 ret = -EINTR;
6302                                 break;
6303                         }
6304                         tries = 0;
6305                 } else if (++tries == 5) {
6306                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6307                         break;
6308                 }
6309
6310                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6311                                                         &cc->migratepages);
6312                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6313
6314                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6315                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6316         }
6317         if (ret < 0) {
6318                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6319                 return ret;
6320         }
6321         return 0;
6322 }
6323
6324 /**
6325  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6326  * @start:      start PFN to allocate
6327  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6328  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6329  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6330  *                      in range must have the same migratetype and it must
6331  *                      be either of the two.
6332  *
6333  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6334  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6335  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6336  * pages fall in.
6337  *
6338  * The PFN range must belong to a single zone.
6339  *
6340  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6341  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6342  * need to be freed with free_contig_range().
6343  */
6344 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6345                        unsigned migratetype)
6346 {
6347         unsigned long outer_start, outer_end;
6348         int ret = 0, order;
6349
6350         struct compact_control cc = {
6351                 .nr_migratepages = 0,
6352                 .order = -1,
6353                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6354                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6355                 .ignore_skip_hint = true,
6356         };
6357         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6358
6359         /*
6360          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6361          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6362          * have different sizes, and due to the way page allocator
6363          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6364          * that page allocator won't try to merge buddies from
6365          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6366          * other migration type.
6367          *
6368          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6369          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6370          * we are interested in).  This will put all the pages in
6371          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6372          *
6373          * When this is done, we take the pages in range from page
6374          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6375          * page allocator will never consider using them.
6376          *
6377          * This lets us mark the pageblocks back as
6378          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6379          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6380          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6381          */
6382
6383         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6384                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6385                                        false);
6386         if (ret)
6387                 return ret;
6388
6389         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6390         if (ret)
6391                 goto done;
6392
6393         /*
6394          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6395          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6396          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6397          * What we are going to do is to allocate all pages from
6398          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6399          *
6400          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6401          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6402          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6403          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6404          * once this is done free the pages we are not interested in.
6405          *
6406          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6407          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6408          */
6409
6410         lru_add_drain_all();
6411         drain_all_pages(cc.zone);
6412
6413         order = 0;
6414         outer_start = start;
6415         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6416                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6417                         ret = -EBUSY;
6418                         goto done;
6419                 }
6420                 outer_start &= ~0UL << order;
6421         }
6422
6423         /* Make sure the range is really isolated. */
6424         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6425                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6426                         __func__, outer_start, end);
6427                 ret = -EBUSY;
6428                 goto done;
6429         }
6430
6431         /* Grab isolated pages from freelists. */
6432         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6433         if (!outer_end) {
6434                 ret = -EBUSY;
6435                 goto done;
6436         }
6437
6438         /* Free head and tail (if any) */
6439         if (start != outer_start)
6440                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6441         if (end != outer_end)
6442                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6443
6444 done:
6445         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6446                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6447         return ret;
6448 }
6449
6450 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6451 {
6452         unsigned int count = 0;
6453
6454         for (; nr_pages--; pfn++) {
6455                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6456
6457                 count += page_count(page) != 1;
6458                 __free_page(page);
6459         }
6460         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6461 }
6462 #endif
6463
6464 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6465 /*
6466  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6467  * page high values need to be recalulated.
6468  */
6469 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6470 {
6471         unsigned cpu;
6472         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6473         for_each_possible_cpu(cpu)
6474                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6475                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6476         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6477 }
6478 #endif
6479
6480 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6481 {
6482         unsigned long flags;
6483         int cpu;
6484         struct per_cpu_pageset *pset;
6485
6486         /* avoid races with drain_pages()  */
6487         local_irq_save(flags);
6488         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6489                 for_each_online_cpu(cpu) {
6490                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6491                         drain_zonestat(zone, pset);
6492                 }
6493                 free_percpu(zone->pageset);
6494                 zone->pageset = &boot_pageset;
6495         }
6496         local_irq_restore(flags);
6497 }
6498
6499 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6500 /*
6501  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6502  */
6503 void
6504 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6505 {
6506         struct page *page;
6507         struct zone *zone;
6508         unsigned int order, i;
6509         unsigned long pfn;
6510         unsigned long flags;
6511         /* find the first valid pfn */
6512         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6513                 if (pfn_valid(pfn))
6514                         break;
6515         if (pfn == end_pfn)
6516                 return;
6517         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6518         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6519         pfn = start_pfn;
6520         while (pfn < end_pfn) {
6521                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6522                         pfn++;
6523                         continue;
6524                 }
6525                 page = pfn_to_page(pfn);
6526                 /*
6527                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6528                  * page_count() is not 0.
6529                  */
6530                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6531                         pfn++;
6532                         SetPageReserved(page);
6533                         continue;
6534                 }
6535
6536                 BUG_ON(page_count(page));
6537                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6538                 order = page_order(page);
6539 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6540                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6541                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6542 #endif
6543                 list_del(&page->lru);
6544                 rmv_page_order(page);
6545                 zone->free_area[order].nr_free--;
6546                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6547                         SetPageReserved((page+i));
6548                 pfn += (1 << order);
6549         }
6550         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6551 }
6552 #endif
6553
6554 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6555 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6556 {
6557         struct zone *zone = page_zone(page);
6558         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6559         unsigned long flags;
6560         unsigned int order;
6561
6562         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6563         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6564                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6565
6566                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6567                         break;
6568         }
6569         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6570
6571         return order < MAX_ORDER;
6572 }
6573 #endif