mm/debug_pagealloc.c: clean-up guard page handling code
[cascardo/linux.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page_ext.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67
68 #include <asm/sections.h>
69 #include <asm/tlbflush.h>
70 #include <asm/div64.h>
71 #include "internal.h"
72
73 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
74 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
75 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
76
77 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
78 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
79 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
80 #endif
81
82 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
83 /*
84  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
85  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
86  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
87  * defined in <linux/topology.h>.
88  */
89 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
90 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
91 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
92 #endif
93
94 /*
95  * Array of node states.
96  */
97 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
98         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
99         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
100 #ifndef CONFIG_NUMA
101         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
102 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
103         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
104 #endif
105 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
106         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
107 #endif
108         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
109 #endif  /* NUMA */
110 };
111 EXPORT_SYMBOL(node_states);
112
113 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
114 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
115
116 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
118 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
119
120 int percpu_pagelist_fraction;
121 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
122
123 /*
124  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
125  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
126  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
127  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
128  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
129  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
130  */
131 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
132 {
133         return page->index;
134 }
135
136 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
137 {
138         page->index = migratetype;
139 }
140
141 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
142 /*
143  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
144  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
145  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
146  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
147  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
148  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
149  */
150
151 static gfp_t saved_gfp_mask;
152
153 void pm_restore_gfp_mask(void)
154 {
155         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
156         if (saved_gfp_mask) {
157                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
158                 saved_gfp_mask = 0;
159         }
160 }
161
162 void pm_restrict_gfp_mask(void)
163 {
164         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
165         WARN_ON(saved_gfp_mask);
166         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
167         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
168 }
169
170 bool pm_suspended_storage(void)
171 {
172         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
173                 return false;
174         return true;
175 }
176 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
177
178 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
179 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
180 #endif
181
182 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
183
184 /*
185  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
186  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
187  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
188  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
189  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
190  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
191  *
192  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
193  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
194  */
195 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
196 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
197          256,
198 #endif
199 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
200          256,
201 #endif
202 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
203          32,
204 #endif
205          32,
206 };
207
208 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
209
210 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
211 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
212          "DMA",
213 #endif
214 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
215          "DMA32",
216 #endif
217          "Normal",
218 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
219          "HighMem",
220 #endif
221          "Movable",
222 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
223          "Device",
224 #endif
225 };
226
227 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
228         "Unmovable",
229         "Movable",
230         "Reclaimable",
231         "HighAtomic",
232 #ifdef CONFIG_CMA
233         "CMA",
234 #endif
235 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
236         "Isolate",
237 #endif
238 };
239
240 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
241         NULL,
242         free_compound_page,
243 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
244         free_huge_page,
245 #endif
246 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
247         free_transhuge_page,
248 #endif
249 };
250
251 int min_free_kbytes = 1024;
252 int user_min_free_kbytes = -1;
253 int watermark_scale_factor = 10;
254
255 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
256 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
257 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
258
259 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
260 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
261 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
262 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
263 static unsigned long __initdata required_movablecore;
264 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
265 static bool mirrored_kernelcore;
266
267 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
268 int movable_zone;
269 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
270 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
271
272 #if MAX_NUMNODES > 1
273 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
274 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
275 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
276 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
277 #endif
278
279 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
280
281 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
282 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
283 {
284         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
285 }
286
287 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
288 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
289 {
290         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
291
292         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
293                 return true;
294
295         return false;
296 }
297
298 /*
299  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
300  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
301  */
302 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
303                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
304                                 unsigned long *nr_initialised)
305 {
306         unsigned long max_initialise;
307
308         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
309         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
310                 return true;
311         /*
312          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
313          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
314          */
315         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
316                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
317
318         (*nr_initialised)++;
319         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
320             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
321                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
322                 return false;
323         }
324
325         return true;
326 }
327 #else
328 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
329 {
330 }
331
332 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
333 {
334         return false;
335 }
336
337 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
338                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
339                                 unsigned long *nr_initialised)
340 {
341         return true;
342 }
343 #endif
344
345 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
346 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
347                                                         unsigned long pfn)
348 {
349 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
350         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
351 #else
352         return page_zone(page)->pageblock_flags;
353 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
354 }
355
356 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
357 {
358 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
359         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
360         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
361 #else
362         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
363         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
364 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
365 }
366
367 /**
368  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
369  * @page: The page within the block of interest
370  * @pfn: The target page frame number
371  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
372  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
373  *
374  * Return: pageblock_bits flags
375  */
376 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
377                                         unsigned long pfn,
378                                         unsigned long end_bitidx,
379                                         unsigned long mask)
380 {
381         unsigned long *bitmap;
382         unsigned long bitidx, word_bitidx;
383         unsigned long word;
384
385         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
386         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
387         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
388         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
389
390         word = bitmap[word_bitidx];
391         bitidx += end_bitidx;
392         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
393 }
394
395 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
396                                         unsigned long end_bitidx,
397                                         unsigned long mask)
398 {
399         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
400 }
401
402 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
403 {
404         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
405 }
406
407 /**
408  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
409  * @page: The page within the block of interest
410  * @flags: The flags to set
411  * @pfn: The target page frame number
412  * @end_bitidx: The last bit of interest
413  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
414  */
415 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
416                                         unsigned long pfn,
417                                         unsigned long end_bitidx,
418                                         unsigned long mask)
419 {
420         unsigned long *bitmap;
421         unsigned long bitidx, word_bitidx;
422         unsigned long old_word, word;
423
424         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
425
426         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
427         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
428         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
429         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
430
431         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
432
433         bitidx += end_bitidx;
434         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
435         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
436
437         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
438         for (;;) {
439                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
440                 if (word == old_word)
441                         break;
442                 word = old_word;
443         }
444 }
445
446 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
447 {
448         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
449                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
450                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
451
452         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
453                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
454 }
455
456 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
457 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
458 {
459         int ret = 0;
460         unsigned seq;
461         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
462         unsigned long sp, start_pfn;
463
464         do {
465                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
466                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
467                 sp = zone->spanned_pages;
468                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
469                         ret = 1;
470         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
471
472         if (ret)
473                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
474                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
475                         start_pfn, start_pfn + sp);
476
477         return ret;
478 }
479
480 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
481 {
482         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
483                 return 0;
484         if (zone != page_zone(page))
485                 return 0;
486
487         return 1;
488 }
489 /*
490  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
491  */
492 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
493 {
494         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
495                 return 1;
496         if (!page_is_consistent(zone, page))
497                 return 1;
498
499         return 0;
500 }
501 #else
502 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
503 {
504         return 0;
505 }
506 #endif
507
508 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
509                 unsigned long bad_flags)
510 {
511         static unsigned long resume;
512         static unsigned long nr_shown;
513         static unsigned long nr_unshown;
514
515         /*
516          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
517          * or allow a steady drip of one report per second.
518          */
519         if (nr_shown == 60) {
520                 if (time_before(jiffies, resume)) {
521                         nr_unshown++;
522                         goto out;
523                 }
524                 if (nr_unshown) {
525                         pr_alert(
526                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
527                                 nr_unshown);
528                         nr_unshown = 0;
529                 }
530                 nr_shown = 0;
531         }
532         if (nr_shown++ == 0)
533                 resume = jiffies + 60 * HZ;
534
535         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
536                 current->comm, page_to_pfn(page));
537         __dump_page(page, reason);
538         bad_flags &= page->flags;
539         if (bad_flags)
540                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
541                                                 bad_flags, &bad_flags);
542         dump_page_owner(page);
543
544         print_modules();
545         dump_stack();
546 out:
547         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
548         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
549         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
550 }
551
552 /*
553  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
554  *
555  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
556  *
557  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
558  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
559  *
560  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
561  * page destructors. See compound_page_dtors.
562  *
563  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
564  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
565  */
566
567 void free_compound_page(struct page *page)
568 {
569         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
570 }
571
572 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
573 {
574         int i;
575         int nr_pages = 1 << order;
576
577         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
578         set_compound_order(page, order);
579         __SetPageHead(page);
580         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
581                 struct page *p = page + i;
582                 set_page_count(p, 0);
583                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
584                 set_compound_head(p, page);
585         }
586         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
587 }
588
589 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
590 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
591 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
592                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
593 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
594 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
595
596 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
597 {
598         if (!buf)
599                 return -EINVAL;
600         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
601 }
602 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
603
604 static bool need_debug_guardpage(void)
605 {
606         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
607         if (!debug_pagealloc_enabled())
608                 return false;
609
610         return true;
611 }
612
613 static void init_debug_guardpage(void)
614 {
615         if (!debug_pagealloc_enabled())
616                 return;
617
618         _debug_guardpage_enabled = true;
619 }
620
621 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
622         .need = need_debug_guardpage,
623         .init = init_debug_guardpage,
624 };
625
626 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
627 {
628         unsigned long res;
629
630         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
631                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
632                 return 0;
633         }
634         _debug_guardpage_minorder = res;
635         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
636         return 0;
637 }
638 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
639
640 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
641                                 unsigned int order, int migratetype)
642 {
643         struct page_ext *page_ext;
644
645         if (!debug_guardpage_enabled())
646                 return false;
647
648         if (order >= debug_guardpage_minorder())
649                 return false;
650
651         page_ext = lookup_page_ext(page);
652         if (unlikely(!page_ext))
653                 return false;
654
655         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
656
657         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
658         set_page_private(page, order);
659         /* Guard pages are not available for any usage */
660         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
661
662         return true;
663 }
664
665 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
666                                 unsigned int order, int migratetype)
667 {
668         struct page_ext *page_ext;
669
670         if (!debug_guardpage_enabled())
671                 return;
672
673         page_ext = lookup_page_ext(page);
674         if (unlikely(!page_ext))
675                 return;
676
677         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
678
679         set_page_private(page, 0);
680         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
681                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
682 }
683 #else
684 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
685 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
686                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
687 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
688                                 unsigned int order, int migratetype) {}
689 #endif
690
691 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
692 {
693         set_page_private(page, order);
694         __SetPageBuddy(page);
695 }
696
697 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
698 {
699         __ClearPageBuddy(page);
700         set_page_private(page, 0);
701 }
702
703 /*
704  * This function checks whether a page is free && is the buddy
705  * we can do coalesce a page and its buddy if
706  * (a) the buddy is not in a hole &&
707  * (b) the buddy is in the buddy system &&
708  * (c) a page and its buddy have the same order &&
709  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
710  *
711  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
712  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
713  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
714  * serialized by zone->lock.
715  *
716  * For recording page's order, we use page_private(page).
717  */
718 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
719                                                         unsigned int order)
720 {
721         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
722                 return 0;
723
724         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
725                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
726                         return 0;
727
728                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
729
730                 return 1;
731         }
732
733         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
734                 /*
735                  * zone check is done late to avoid uselessly
736                  * calculating zone/node ids for pages that could
737                  * never merge.
738                  */
739                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
740                         return 0;
741
742                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
743
744                 return 1;
745         }
746         return 0;
747 }
748
749 /*
750  * Freeing function for a buddy system allocator.
751  *
752  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
753  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
754  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
755  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
756  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
757  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
758  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
759  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
760  * parts of the VM system.
761  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
762  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
763  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
764  * field.
765  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
766  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
767  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
768  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
769  * triggers coalescing into a block of larger size.
770  *
771  * -- nyc
772  */
773
774 static inline void __free_one_page(struct page *page,
775                 unsigned long pfn,
776                 struct zone *zone, unsigned int order,
777                 int migratetype)
778 {
779         unsigned long page_idx;
780         unsigned long combined_idx;
781         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
782         struct page *buddy;
783         unsigned int max_order;
784
785         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
786
787         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
788         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
789
790         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
791         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
792                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
793
794         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
795
796         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
797         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
798
799 continue_merging:
800         while (order < max_order - 1) {
801                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
802                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
803                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
804                         goto done_merging;
805                 /*
806                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
807                  * merge with it and move up one order.
808                  */
809                 if (page_is_guard(buddy)) {
810                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
811                 } else {
812                         list_del(&buddy->lru);
813                         zone->free_area[order].nr_free--;
814                         rmv_page_order(buddy);
815                 }
816                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
817                 page = page + (combined_idx - page_idx);
818                 page_idx = combined_idx;
819                 order++;
820         }
821         if (max_order < MAX_ORDER) {
822                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
823                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
824                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
825                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
826                  *
827                  * We don't want to hit this code for the more frequent
828                  * low-order merging.
829                  */
830                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
831                         int buddy_mt;
832
833                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
834                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
835                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
836
837                         if (migratetype != buddy_mt
838                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
839                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
840                                 goto done_merging;
841                 }
842                 max_order++;
843                 goto continue_merging;
844         }
845
846 done_merging:
847         set_page_order(page, order);
848
849         /*
850          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
851          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
852          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
853          * that is happening, add the free page to the tail of the list
854          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
855          * as a higher order page
856          */
857         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
858                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
859                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
860                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
861                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
862                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
863                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
864                         list_add_tail(&page->lru,
865                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
866                         goto out;
867                 }
868         }
869
870         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
871 out:
872         zone->free_area[order].nr_free++;
873 }
874
875 /*
876  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
877  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
878  * check if necessary.
879  */
880 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
881                                         unsigned long check_flags)
882 {
883         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
884                 return false;
885
886         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
887                         page_ref_count(page) |
888 #ifdef CONFIG_MEMCG
889                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
890 #endif
891                         (page->flags & check_flags)))
892                 return false;
893
894         return true;
895 }
896
897 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
898 {
899         const char *bad_reason;
900         unsigned long bad_flags;
901
902         bad_reason = NULL;
903         bad_flags = 0;
904
905         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
906                 bad_reason = "nonzero mapcount";
907         if (unlikely(page->mapping != NULL))
908                 bad_reason = "non-NULL mapping";
909         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
910                 bad_reason = "nonzero _refcount";
911         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
912                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
913                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
914         }
915 #ifdef CONFIG_MEMCG
916         if (unlikely(page->mem_cgroup))
917                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
918 #endif
919         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
920 }
921
922 static inline int free_pages_check(struct page *page)
923 {
924         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
925                 return 0;
926
927         /* Something has gone sideways, find it */
928         free_pages_check_bad(page);
929         return 1;
930 }
931
932 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
933 {
934         int ret = 1;
935
936         /*
937          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
938          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
939          */
940         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
941
942         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
943                 ret = 0;
944                 goto out;
945         }
946         switch (page - head_page) {
947         case 1:
948                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
949                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
950                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
951                         goto out;
952                 }
953                 break;
954         case 2:
955                 /*
956                  * the second tail page: ->mapping is
957                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
958                  */
959                 break;
960         default:
961                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
962                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
963                         goto out;
964                 }
965                 break;
966         }
967         if (unlikely(!PageTail(page))) {
968                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
969                 goto out;
970         }
971         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
972                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
973                 goto out;
974         }
975         ret = 0;
976 out:
977         page->mapping = NULL;
978         clear_compound_head(page);
979         return ret;
980 }
981
982 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
983                                         unsigned int order, bool check_free)
984 {
985         int bad = 0;
986
987         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
988
989         trace_mm_page_free(page, order);
990         kmemcheck_free_shadow(page, order);
991
992         /*
993          * Check tail pages before head page information is cleared to
994          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
995          */
996         if (unlikely(order)) {
997                 bool compound = PageCompound(page);
998                 int i;
999
1000                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1001
1002                 if (compound)
1003                         ClearPageDoubleMap(page);
1004                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1005                         if (compound)
1006                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1007                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1008                                 bad++;
1009                                 continue;
1010                         }
1011                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1012                 }
1013         }
1014         if (PageMappingFlags(page))
1015                 page->mapping = NULL;
1016         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1017                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1018         if (check_free)
1019                 bad += free_pages_check(page);
1020         if (bad)
1021                 return false;
1022
1023         page_cpupid_reset_last(page);
1024         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1025         reset_page_owner(page, order);
1026
1027         if (!PageHighMem(page)) {
1028                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1029                                            PAGE_SIZE << order);
1030                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1031                                            PAGE_SIZE << order);
1032         }
1033         arch_free_page(page, order);
1034         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1035         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1036         kasan_free_pages(page, order);
1037
1038         return true;
1039 }
1040
1041 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1042 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1043 {
1044         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1045 }
1046
1047 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1048 {
1049         return false;
1050 }
1051 #else
1052 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1053 {
1054         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1055 }
1056
1057 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1058 {
1059         return free_pages_check(page);
1060 }
1061 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1062
1063 /*
1064  * Frees a number of pages from the PCP lists
1065  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1066  * count is the number of pages to free.
1067  *
1068  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1069  * see if this freeing clears that state.
1070  *
1071  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1072  * pinned" detection logic.
1073  */
1074 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1075                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1076 {
1077         int migratetype = 0;
1078         int batch_free = 0;
1079         unsigned long nr_scanned;
1080         bool isolated_pageblocks;
1081
1082         spin_lock(&zone->lock);
1083         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1084         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1085         if (nr_scanned)
1086                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1087
1088         while (count) {
1089                 struct page *page;
1090                 struct list_head *list;
1091
1092                 /*
1093                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1094                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1095                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1096                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1097                  * lists
1098                  */
1099                 do {
1100                         batch_free++;
1101                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1102                                 migratetype = 0;
1103                         list = &pcp->lists[migratetype];
1104                 } while (list_empty(list));
1105
1106                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1107                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1108                         batch_free = count;
1109
1110                 do {
1111                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1112
1113                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1114                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1115                         list_del(&page->lru);
1116
1117                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1118                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1119                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1120                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1121                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1122                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1123
1124                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1125                                 continue;
1126
1127                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1128                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1129                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1130         }
1131         spin_unlock(&zone->lock);
1132 }
1133
1134 static void free_one_page(struct zone *zone,
1135                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1136                                 unsigned int order,
1137                                 int migratetype)
1138 {
1139         unsigned long nr_scanned;
1140         spin_lock(&zone->lock);
1141         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1142         if (nr_scanned)
1143                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1144
1145         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1146                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1147                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1148         }
1149         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1150         spin_unlock(&zone->lock);
1151 }
1152
1153 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1154                                 unsigned long zone, int nid)
1155 {
1156         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1157         init_page_count(page);
1158         page_mapcount_reset(page);
1159         page_cpupid_reset_last(page);
1160
1161         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1162 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1163         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1164         if (!is_highmem_idx(zone))
1165                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1166 #endif
1167 }
1168
1169 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1170                                         int nid)
1171 {
1172         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1173 }
1174
1175 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1176 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1177 {
1178         pg_data_t *pgdat;
1179         int nid, zid;
1180
1181         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1182                 return;
1183
1184         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1185         pgdat = NODE_DATA(nid);
1186
1187         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1188                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1189
1190                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1191                         break;
1192         }
1193         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1194 }
1195 #else
1196 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1197 {
1198 }
1199 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1200
1201 /*
1202  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1203  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1204  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1205  * sent to the buddy page allocator.
1206  */
1207 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1208 {
1209         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1210         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1211
1212         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1213                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1214                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1215
1216                         init_reserved_page(start_pfn);
1217
1218                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1219                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1220
1221                         SetPageReserved(page);
1222                 }
1223         }
1224 }
1225
1226 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1227 {
1228         unsigned long flags;
1229         int migratetype;
1230         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1231
1232         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1233                 return;
1234
1235         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1236         local_irq_save(flags);
1237         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1238         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1239         local_irq_restore(flags);
1240 }
1241
1242 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1243 {
1244         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1245         struct page *p = page;
1246         unsigned int loop;
1247
1248         prefetchw(p);
1249         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1250                 prefetchw(p + 1);
1251                 __ClearPageReserved(p);
1252                 set_page_count(p, 0);
1253         }
1254         __ClearPageReserved(p);
1255         set_page_count(p, 0);
1256
1257         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1258         set_page_refcounted(page);
1259         __free_pages(page, order);
1260 }
1261
1262 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1263         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1264
1265 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1266
1267 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1268 {
1269         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1270         int nid;
1271
1272         spin_lock(&early_pfn_lock);
1273         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1274         if (nid < 0)
1275                 nid = first_online_node;
1276         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1277
1278         return nid;
1279 }
1280 #endif
1281
1282 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1283 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1284                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1285 {
1286         int nid;
1287
1288         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1289         if (nid >= 0 && nid != node)
1290                 return false;
1291         return true;
1292 }
1293
1294 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1295 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1296 {
1297         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1298 }
1299
1300 #else
1301
1302 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1303 {
1304         return true;
1305 }
1306 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1307                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1308 {
1309         return true;
1310 }
1311 #endif
1312
1313
1314 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1315                                                         unsigned int order)
1316 {
1317         if (early_page_uninitialised(pfn))
1318                 return;
1319         return __free_pages_boot_core(page, order);
1320 }
1321
1322 /*
1323  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1324  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1325  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1326  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1327  * pageblocks.
1328  *
1329  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1330  *
1331  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1332  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1333  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1334  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1335  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1336  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1337  * page in a pageblock.
1338  */
1339 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1340                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1341 {
1342         struct page *start_page;
1343         struct page *end_page;
1344
1345         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1346         end_pfn--;
1347
1348         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1349                 return NULL;
1350
1351         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1352
1353         if (page_zone(start_page) != zone)
1354                 return NULL;
1355
1356         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1357
1358         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1359         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1360                 return NULL;
1361
1362         return start_page;
1363 }
1364
1365 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1366 {
1367         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1368         unsigned long block_end_pfn;
1369
1370         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1371         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1372                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1373                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1374
1375                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1376
1377                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1378                                              block_end_pfn, zone))
1379                         return;
1380         }
1381
1382         /* We confirm that there is no hole */
1383         zone->contiguous = true;
1384 }
1385
1386 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1387 {
1388         zone->contiguous = false;
1389 }
1390
1391 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1392 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1393                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1394 {
1395         int i;
1396
1397         if (!page)
1398                 return;
1399
1400         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1401         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1402             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1403                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1404                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1405                 return;
1406         }
1407
1408         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1409                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1410                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1411                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1412         }
1413 }
1414
1415 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1416 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1417 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1418
1419 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1420 {
1421         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1422                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1423 }
1424
1425 /* Initialise remaining memory on a node */
1426 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1427 {
1428         pg_data_t *pgdat = data;
1429         int nid = pgdat->node_id;
1430         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1431         unsigned long start = jiffies;
1432         unsigned long nr_pages = 0;
1433         unsigned long walk_start, walk_end;
1434         int i, zid;
1435         struct zone *zone;
1436         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1437         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1438
1439         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1440                 pgdat_init_report_one_done();
1441                 return 0;
1442         }
1443
1444         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1445         if (!cpumask_empty(cpumask))
1446                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1447
1448         /* Sanity check boundaries */
1449         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1450         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1451         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1452
1453         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1454         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1455                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1456                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1457                         break;
1458         }
1459
1460         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1461                 unsigned long pfn, end_pfn;
1462                 struct page *page = NULL;
1463                 struct page *free_base_page = NULL;
1464                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1465                 int nr_to_free = 0;
1466
1467                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1468                 pfn = first_init_pfn;
1469                 if (pfn < walk_start)
1470                         pfn = walk_start;
1471                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1472                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1473
1474                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1475                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1476                                 goto free_range;
1477
1478                         /*
1479                          * Ensure pfn_valid is checked every
1480                          * pageblock_nr_pages for memory holes
1481                          */
1482                         if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1483                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1484                                         page = NULL;
1485                                         goto free_range;
1486                                 }
1487                         }
1488
1489                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1490                                 page = NULL;
1491                                 goto free_range;
1492                         }
1493
1494                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1495                         if (page && (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) != 0) {
1496                                 page++;
1497                         } else {
1498                                 nr_pages += nr_to_free;
1499                                 deferred_free_range(free_base_page,
1500                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1501                                 free_base_page = NULL;
1502                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1503
1504                                 page = pfn_to_page(pfn);
1505                                 cond_resched();
1506                         }
1507
1508                         if (page->flags) {
1509                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1510                                 goto free_range;
1511                         }
1512
1513                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1514                         if (!free_base_page) {
1515                                 free_base_page = page;
1516                                 free_base_pfn = pfn;
1517                                 nr_to_free = 0;
1518                         }
1519                         nr_to_free++;
1520
1521                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1522                         continue;
1523 free_range:
1524                         /* Free the current block of pages to allocator */
1525                         nr_pages += nr_to_free;
1526                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1527                                                                 nr_to_free);
1528                         free_base_page = NULL;
1529                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1530                 }
1531                 /* Free the last block of pages to allocator */
1532                 nr_pages += nr_to_free;
1533                 deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn, nr_to_free);
1534
1535                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1536         }
1537
1538         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1539         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1540
1541         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1542                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1543
1544         pgdat_init_report_one_done();
1545         return 0;
1546 }
1547 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1548
1549 void __init page_alloc_init_late(void)
1550 {
1551         struct zone *zone;
1552
1553 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1554         int nid;
1555
1556         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1557         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1558         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1559                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1560         }
1561
1562         /* Block until all are initialised */
1563         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1564
1565         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1566         files_maxfiles_init();
1567 #endif
1568
1569         for_each_populated_zone(zone)
1570                 set_zone_contiguous(zone);
1571 }
1572
1573 #ifdef CONFIG_CMA
1574 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1575 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1576 {
1577         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1578         struct page *p = page;
1579
1580         do {
1581                 __ClearPageReserved(p);
1582                 set_page_count(p, 0);
1583         } while (++p, --i);
1584
1585         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1586
1587         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1588                 i = pageblock_nr_pages;
1589                 p = page;
1590                 do {
1591                         set_page_refcounted(p);
1592                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1593                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1594                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1595         } else {
1596                 set_page_refcounted(page);
1597                 __free_pages(page, pageblock_order);
1598         }
1599
1600         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1601 }
1602 #endif
1603
1604 /*
1605  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1606  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1607  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1608  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1609  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1610  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1611  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1612  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1613  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1614  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1615  *
1616  * -- nyc
1617  */
1618 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1619         int low, int high, struct free_area *area,
1620         int migratetype)
1621 {
1622         unsigned long size = 1 << high;
1623
1624         while (high > low) {
1625                 area--;
1626                 high--;
1627                 size >>= 1;
1628                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1629
1630                 /*
1631                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1632                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1633                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1634                  * pages will stay not present in virtual address space
1635                  */
1636                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1637                         continue;
1638
1639                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1640                 area->nr_free++;
1641                 set_page_order(&page[size], high);
1642         }
1643 }
1644
1645 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1646 {
1647         const char *bad_reason = NULL;
1648         unsigned long bad_flags = 0;
1649
1650         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1651                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1652         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1653                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1654         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1655                 bad_reason = "nonzero _count";
1656         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1657                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1658                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1659                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1660                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1661                 return;
1662         }
1663         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1664                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1665                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1666         }
1667 #ifdef CONFIG_MEMCG
1668         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1669                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1670 #endif
1671         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1672 }
1673
1674 /*
1675  * This page is about to be returned from the page allocator
1676  */
1677 static inline int check_new_page(struct page *page)
1678 {
1679         if (likely(page_expected_state(page,
1680                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1681                 return 0;
1682
1683         check_new_page_bad(page);
1684         return 1;
1685 }
1686
1687 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1688 {
1689         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1690                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1691 }
1692
1693 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1694 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1695 {
1696         return false;
1697 }
1698
1699 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1700 {
1701         return check_new_page(page);
1702 }
1703 #else
1704 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1705 {
1706         return check_new_page(page);
1707 }
1708 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1709 {
1710         return false;
1711 }
1712 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1713
1714 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1715 {
1716         int i;
1717         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1718                 struct page *p = page + i;
1719
1720                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1721                         return true;
1722         }
1723
1724         return false;
1725 }
1726
1727 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1728                                 gfp_t gfp_flags)
1729 {
1730         set_page_private(page, 0);
1731         set_page_refcounted(page);
1732
1733         arch_alloc_page(page, order);
1734         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1735         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1736         kasan_alloc_pages(page, order);
1737         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1738 }
1739
1740 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1741                                                         unsigned int alloc_flags)
1742 {
1743         int i;
1744         bool poisoned = true;
1745
1746         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1747                 struct page *p = page + i;
1748                 if (poisoned)
1749                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1750         }
1751
1752         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1753
1754         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1755                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1756                         clear_highpage(page + i);
1757
1758         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1759                 prep_compound_page(page, order);
1760
1761         /*
1762          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1763          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1764          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1765          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1766          */
1767         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1768                 set_page_pfmemalloc(page);
1769         else
1770                 clear_page_pfmemalloc(page);
1771 }
1772
1773 /*
1774  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1775  * the smallest available page from the freelists
1776  */
1777 static inline
1778 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1779                                                 int migratetype)
1780 {
1781         unsigned int current_order;
1782         struct free_area *area;
1783         struct page *page;
1784
1785         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1786         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1787                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1788                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1789                                                         struct page, lru);
1790                 if (!page)
1791                         continue;
1792                 list_del(&page->lru);
1793                 rmv_page_order(page);
1794                 area->nr_free--;
1795                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1796                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1797                 return page;
1798         }
1799
1800         return NULL;
1801 }
1802
1803
1804 /*
1805  * This array describes the order lists are fallen back to when
1806  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1807  */
1808 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1809         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1810         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1811         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1812 #ifdef CONFIG_CMA
1813         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1814 #endif
1815 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1816         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1817 #endif
1818 };
1819
1820 #ifdef CONFIG_CMA
1821 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1822                                         unsigned int order)
1823 {
1824         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1825 }
1826 #else
1827 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1828                                         unsigned int order) { return NULL; }
1829 #endif
1830
1831 /*
1832  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1833  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1834  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1835  */
1836 int move_freepages(struct zone *zone,
1837                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1838                           int migratetype)
1839 {
1840         struct page *page;
1841         unsigned int order;
1842         int pages_moved = 0;
1843
1844 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1845         /*
1846          * page_zone is not safe to call in this context when
1847          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1848          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1849          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1850          * grouping pages by mobility
1851          */
1852         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1853 #endif
1854
1855         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1856                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1857                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1858
1859                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1860                         page++;
1861                         continue;
1862                 }
1863
1864                 if (!PageBuddy(page)) {
1865                         page++;
1866                         continue;
1867                 }
1868
1869                 order = page_order(page);
1870                 list_move(&page->lru,
1871                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1872                 page += 1 << order;
1873                 pages_moved += 1 << order;
1874         }
1875
1876         return pages_moved;
1877 }
1878
1879 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1880                                 int migratetype)
1881 {
1882         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1883         struct page *start_page, *end_page;
1884
1885         start_pfn = page_to_pfn(page);
1886         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1887         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1888         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1889         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1890
1891         /* Do not cross zone boundaries */
1892         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1893                 start_page = page;
1894         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1895                 return 0;
1896
1897         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1898 }
1899
1900 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1901                                         int start_order, int migratetype)
1902 {
1903         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1904
1905         while (nr_pageblocks--) {
1906                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1907                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1908         }
1909 }
1910
1911 /*
1912  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1913  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1914  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1915  *
1916  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1917  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1918  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1919  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1920  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1921  * pageblocks.
1922  */
1923 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1924 {
1925         /*
1926          * Leaving this order check is intended, although there is
1927          * relaxed order check in next check. The reason is that
1928          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1929          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1930          * so could be changed anytime.
1931          */
1932         if (order >= pageblock_order)
1933                 return true;
1934
1935         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1936                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1937                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1938                 page_group_by_mobility_disabled)
1939                 return true;
1940
1941         return false;
1942 }
1943
1944 /*
1945  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1946  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1947  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1948  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1949  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1950  */
1951 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1952                                                           int start_type)
1953 {
1954         unsigned int current_order = page_order(page);
1955         int pages;
1956
1957         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1958         if (current_order >= pageblock_order) {
1959                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1960                 return;
1961         }
1962
1963         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1964
1965         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1966         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1967                         page_group_by_mobility_disabled)
1968                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1969 }
1970
1971 /*
1972  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1973  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1974  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1975  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1976  */
1977 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1978                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1979 {
1980         int i;
1981         int fallback_mt;
1982
1983         if (area->nr_free == 0)
1984                 return -1;
1985
1986         *can_steal = false;
1987         for (i = 0;; i++) {
1988                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1989                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1990                         break;
1991
1992                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1993                         continue;
1994
1995                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1996                         *can_steal = true;
1997
1998                 if (!only_stealable)
1999                         return fallback_mt;
2000
2001                 if (*can_steal)
2002                         return fallback_mt;
2003         }
2004
2005         return -1;
2006 }
2007
2008 /*
2009  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2010  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2011  */
2012 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2013                                 unsigned int alloc_order)
2014 {
2015         int mt;
2016         unsigned long max_managed, flags;
2017
2018         /*
2019          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2020          * Check is race-prone but harmless.
2021          */
2022         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2023         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2024                 return;
2025
2026         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2027
2028         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2029         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2030                 goto out_unlock;
2031
2032         /* Yoink! */
2033         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2034         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2035                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2036                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2037                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2038                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2039         }
2040
2041 out_unlock:
2042         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2043 }
2044
2045 /*
2046  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2047  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2048  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2049  * to recover from than an OOM.
2050  */
2051 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
2052 {
2053         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2054         unsigned long flags;
2055         struct zoneref *z;
2056         struct zone *zone;
2057         struct page *page;
2058         int order;
2059
2060         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2061                                                                 ac->nodemask) {
2062                 /* Preserve at least one pageblock */
2063                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
2064                         continue;
2065
2066                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2067                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2068                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2069
2070                         page = list_first_entry_or_null(
2071                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2072                                         struct page, lru);
2073                         if (!page)
2074                                 continue;
2075
2076                         /*
2077                          * It should never happen but changes to locking could
2078                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
2079                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
2080                          * and watch for underflows.
2081                          */
2082                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
2083                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2084
2085                         /*
2086                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2087                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2088                          * is doing the work and needs the pages. More
2089                          * importantly, if the block was always converted to
2090                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2091                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2092                          * may increase.
2093                          */
2094                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2095                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2096                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2097                         return;
2098                 }
2099                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2100         }
2101 }
2102
2103 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2104 static inline struct page *
2105 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2106 {
2107         struct free_area *area;
2108         unsigned int current_order;
2109         struct page *page;
2110         int fallback_mt;
2111         bool can_steal;
2112
2113         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2114         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2115                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2116                                 --current_order) {
2117                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2118                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2119                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2120                 if (fallback_mt == -1)
2121                         continue;
2122
2123                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2124                                                 struct page, lru);
2125                 if (can_steal)
2126                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2127
2128                 /* Remove the page from the freelists */
2129                 area->nr_free--;
2130                 list_del(&page->lru);
2131                 rmv_page_order(page);
2132
2133                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2134                                         start_migratetype);
2135                 /*
2136                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2137                  * migratetype depending on the decisions in
2138                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2139                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2140                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2141                  */
2142                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2143
2144                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2145                         start_migratetype, fallback_mt);
2146
2147                 return page;
2148         }
2149
2150         return NULL;
2151 }
2152
2153 /*
2154  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2155  * Call me with the zone->lock already held.
2156  */
2157 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2158                                 int migratetype)
2159 {
2160         struct page *page;
2161
2162         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2163         if (unlikely(!page)) {
2164                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2165                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2166
2167                 if (!page)
2168                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2169         }
2170
2171         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2172         return page;
2173 }
2174
2175 /*
2176  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2177  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2178  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2179  */
2180 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2181                         unsigned long count, struct list_head *list,
2182                         int migratetype, bool cold)
2183 {
2184         int i;
2185
2186         spin_lock(&zone->lock);
2187         for (i = 0; i < count; ++i) {
2188                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2189                 if (unlikely(page == NULL))
2190                         break;
2191
2192                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2193                         continue;
2194
2195                 /*
2196                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2197                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2198                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2199                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2200                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2201                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2202                  * properly.
2203                  */
2204                 if (likely(!cold))
2205                         list_add(&page->lru, list);
2206                 else
2207                         list_add_tail(&page->lru, list);
2208                 list = &page->lru;
2209                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2210                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2211                                               -(1 << order));
2212         }
2213         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2214         spin_unlock(&zone->lock);
2215         return i;
2216 }
2217
2218 #ifdef CONFIG_NUMA
2219 /*
2220  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2221  * currently executing processor on remote nodes after they have
2222  * expired.
2223  *
2224  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2225  * a single processor.
2226  */
2227 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2228 {
2229         unsigned long flags;
2230         int to_drain, batch;
2231
2232         local_irq_save(flags);
2233         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2234         to_drain = min(pcp->count, batch);
2235         if (to_drain > 0) {
2236                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2237                 pcp->count -= to_drain;
2238         }
2239         local_irq_restore(flags);
2240 }
2241 #endif
2242
2243 /*
2244  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2245  *
2246  * The processor must either be the current processor and the
2247  * thread pinned to the current processor or a processor that
2248  * is not online.
2249  */
2250 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2251 {
2252         unsigned long flags;
2253         struct per_cpu_pageset *pset;
2254         struct per_cpu_pages *pcp;
2255
2256         local_irq_save(flags);
2257         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2258
2259         pcp = &pset->pcp;
2260         if (pcp->count) {
2261                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2262                 pcp->count = 0;
2263         }
2264         local_irq_restore(flags);
2265 }
2266
2267 /*
2268  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2269  *
2270  * The processor must either be the current processor and the
2271  * thread pinned to the current processor or a processor that
2272  * is not online.
2273  */
2274 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2275 {
2276         struct zone *zone;
2277
2278         for_each_populated_zone(zone) {
2279                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2280         }
2281 }
2282
2283 /*
2284  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2285  *
2286  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2287  * the single zone's pages.
2288  */
2289 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2290 {
2291         int cpu = smp_processor_id();
2292
2293         if (zone)
2294                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2295         else
2296                 drain_pages(cpu);
2297 }
2298
2299 /*
2300  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2301  *
2302  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2303  *
2304  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2305  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2306  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2307  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2308  * before the call to on_each_cpu_mask().
2309  */
2310 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2311 {
2312         int cpu;
2313
2314         /*
2315          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2316          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2317          */
2318         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2319
2320         /*
2321          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2322          * as offline notification will cause the notified
2323          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2324          * disables preemption as part of its processing
2325          */
2326         for_each_online_cpu(cpu) {
2327                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2328                 struct zone *z;
2329                 bool has_pcps = false;
2330
2331                 if (zone) {
2332                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2333                         if (pcp->pcp.count)
2334                                 has_pcps = true;
2335                 } else {
2336                         for_each_populated_zone(z) {
2337                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2338                                 if (pcp->pcp.count) {
2339                                         has_pcps = true;
2340                                         break;
2341                                 }
2342                         }
2343                 }
2344
2345                 if (has_pcps)
2346                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2347                 else
2348                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2349         }
2350         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2351                                                                 zone, 1);
2352 }
2353
2354 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2355
2356 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2357 {
2358         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2359         unsigned long flags;
2360         unsigned int order, t;
2361         struct page *page;
2362
2363         if (zone_is_empty(zone))
2364                 return;
2365
2366         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2367
2368         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2369         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2370                 if (pfn_valid(pfn)) {
2371                         page = pfn_to_page(pfn);
2372
2373                         if (page_zone(page) != zone)
2374                                 continue;
2375
2376                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2377                                 swsusp_unset_page_free(page);
2378                 }
2379
2380         for_each_migratetype_order(order, t) {
2381                 list_for_each_entry(page,
2382                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2383                         unsigned long i;
2384
2385                         pfn = page_to_pfn(page);
2386                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2387                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2388                 }
2389         }
2390         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2391 }
2392 #endif /* CONFIG_PM */
2393
2394 /*
2395  * Free a 0-order page
2396  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2397  */
2398 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2399 {
2400         struct zone *zone = page_zone(page);
2401         struct per_cpu_pages *pcp;
2402         unsigned long flags;
2403         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2404         int migratetype;
2405
2406         if (!free_pcp_prepare(page))
2407                 return;
2408
2409         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2410         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2411         local_irq_save(flags);
2412         __count_vm_event(PGFREE);
2413
2414         /*
2415          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2416          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2417          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2418          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2419          * excessively into the page allocator
2420          */
2421         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2422                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2423                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2424                         goto out;
2425                 }
2426                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2427         }
2428
2429         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2430         if (!cold)
2431                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2432         else
2433                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2434         pcp->count++;
2435         if (pcp->count >= pcp->high) {
2436                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2437                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2438                 pcp->count -= batch;
2439         }
2440
2441 out:
2442         local_irq_restore(flags);
2443 }
2444
2445 /*
2446  * Free a list of 0-order pages
2447  */
2448 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2449 {
2450         struct page *page, *next;
2451
2452         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2453                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2454                 free_hot_cold_page(page, cold);
2455         }
2456 }
2457
2458 /*
2459  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2460  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2461  * Each sub-page must be freed individually.
2462  *
2463  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2464  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2465  */
2466 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2467 {
2468         int i;
2469
2470         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2471         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2472
2473 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2474         /*
2475          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2476          * otherwise free the whole shadow.
2477          */
2478         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2479                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2480 #endif
2481
2482         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2483                 set_page_refcounted(page + i);
2484         split_page_owner(page, order);
2485 }
2486 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2487
2488 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2489 {
2490         unsigned long watermark;
2491         struct zone *zone;
2492         int mt;
2493
2494         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2495
2496         zone = page_zone(page);
2497         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2498
2499         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2500                 /*
2501                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2502                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2503                  * watermark, because we already know our high-order page
2504                  * exists.
2505                  */
2506                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2507                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2508                         return 0;
2509
2510                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2511         }
2512
2513         /* Remove page from free list */
2514         list_del(&page->lru);
2515         zone->free_area[order].nr_free--;
2516         rmv_page_order(page);
2517
2518         /*
2519          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2520          * pageblock
2521          */
2522         if (order >= pageblock_order - 1) {
2523                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2524                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2525                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2526                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2527                                 set_pageblock_migratetype(page,
2528                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2529                 }
2530         }
2531
2532
2533         return 1UL << order;
2534 }
2535
2536 /*
2537  * Update NUMA hit/miss statistics
2538  *
2539  * Must be called with interrupts disabled.
2540  *
2541  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2542  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2543  * memory on behalf of other processes.
2544  */
2545 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2546                                                                 gfp_t flags)
2547 {
2548 #ifdef CONFIG_NUMA
2549         int local_nid = numa_node_id();
2550         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2551
2552         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2553                 local_stat = NUMA_OTHER;
2554                 local_nid = preferred_zone->node;
2555         }
2556
2557         if (z->node == local_nid) {
2558                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2559                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2560         } else {
2561                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2562                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2563         }
2564 #endif
2565 }
2566
2567 /*
2568  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2569  */
2570 static inline
2571 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2572                         struct zone *zone, unsigned int order,
2573                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2574                         int migratetype)
2575 {
2576         unsigned long flags;
2577         struct page *page;
2578         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2579
2580         if (likely(order == 0)) {
2581                 struct per_cpu_pages *pcp;
2582                 struct list_head *list;
2583
2584                 local_irq_save(flags);
2585                 do {
2586                         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2587                         list = &pcp->lists[migratetype];
2588                         if (list_empty(list)) {
2589                                 pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2590                                                 pcp->batch, list,
2591                                                 migratetype, cold);
2592                                 if (unlikely(list_empty(list)))
2593                                         goto failed;
2594                         }
2595
2596                         if (cold)
2597                                 page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2598                         else
2599                                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2600
2601                         list_del(&page->lru);
2602                         pcp->count--;
2603
2604                 } while (check_new_pcp(page));
2605         } else {
2606                 /*
2607                  * We most definitely don't want callers attempting to
2608                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2609                  */
2610                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2611                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2612
2613                 do {
2614                         page = NULL;
2615                         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2616                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2617                                 if (page)
2618                                         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2619                         }
2620                         if (!page)
2621                                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2622                 } while (page && check_new_pages(page, order));
2623                 spin_unlock(&zone->lock);
2624                 if (!page)
2625                         goto failed;
2626                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2627                                           get_pcppage_migratetype(page));
2628         }
2629
2630         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2631         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2632         local_irq_restore(flags);
2633
2634         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2635         return page;
2636
2637 failed:
2638         local_irq_restore(flags);
2639         return NULL;
2640 }
2641
2642 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2643
2644 static struct {
2645         struct fault_attr attr;
2646
2647         bool ignore_gfp_highmem;
2648         bool ignore_gfp_reclaim;
2649         u32 min_order;
2650 } fail_page_alloc = {
2651         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2652         .ignore_gfp_reclaim = true,
2653         .ignore_gfp_highmem = true,
2654         .min_order = 1,
2655 };
2656
2657 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2658 {
2659         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2660 }
2661 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2662
2663 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2664 {
2665         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2666                 return false;
2667         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2668                 return false;
2669         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2670                 return false;
2671         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2672                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2673                 return false;
2674
2675         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2676 }
2677
2678 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2679
2680 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2681 {
2682         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2683         struct dentry *dir;
2684
2685         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2686                                         &fail_page_alloc.attr);
2687         if (IS_ERR(dir))
2688                 return PTR_ERR(dir);
2689
2690         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2691                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2692                 goto fail;
2693         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2694                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2695                 goto fail;
2696         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2697                                 &fail_page_alloc.min_order))
2698                 goto fail;
2699
2700         return 0;
2701 fail:
2702         debugfs_remove_recursive(dir);
2703
2704         return -ENOMEM;
2705 }
2706
2707 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2708
2709 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2710
2711 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2712
2713 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2714 {
2715         return false;
2716 }
2717
2718 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2719
2720 /*
2721  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2722  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2723  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2724  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2725  */
2726 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2727                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2728                          long free_pages)
2729 {
2730         long min = mark;
2731         int o;
2732         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2733
2734         /* free_pages may go negative - that's OK */
2735         free_pages -= (1 << order) - 1;
2736
2737         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2738                 min -= min / 2;
2739
2740         /*
2741          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2742          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2743          * atomic reserve but it avoids a search.
2744          */
2745         if (likely(!alloc_harder))
2746                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2747         else
2748                 min -= min / 4;
2749
2750 #ifdef CONFIG_CMA
2751         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2752         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2753                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2754 #endif
2755
2756         /*
2757          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2758          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2759          * even if a suitable page happened to be free.
2760          */
2761         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2762                 return false;
2763
2764         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2765         if (!order)
2766                 return true;
2767
2768         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2769         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2770                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2771                 int mt;
2772
2773                 if (!area->nr_free)
2774                         continue;
2775
2776                 if (alloc_harder)
2777                         return true;
2778
2779                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2780                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2781                                 return true;
2782                 }
2783
2784 #ifdef CONFIG_CMA
2785                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2786                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2787                         return true;
2788                 }
2789 #endif
2790         }
2791         return false;
2792 }
2793
2794 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2795                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2796 {
2797         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2798                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2799 }
2800
2801 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2802                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2803 {
2804         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2805         long cma_pages = 0;
2806
2807 #ifdef CONFIG_CMA
2808         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2809         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2810                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2811 #endif
2812
2813         /*
2814          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2815          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2816          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2817          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2818          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2819          */
2820         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2821                 return true;
2822
2823         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2824                                         free_pages);
2825 }
2826
2827 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2828                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2829 {
2830         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2831
2832         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2833                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2834
2835         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2836                                                                 free_pages);
2837 }
2838
2839 #ifdef CONFIG_NUMA
2840 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2841 {
2842         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2843                                 RECLAIM_DISTANCE;
2844 }
2845 #else   /* CONFIG_NUMA */
2846 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2847 {
2848         return true;
2849 }
2850 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2851
2852 /*
2853  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2854  * a page.
2855  */
2856 static struct page *
2857 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2858                                                 const struct alloc_context *ac)
2859 {
2860         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2861         struct zone *zone;
2862         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
2863
2864         /*
2865          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2866          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2867          */
2868         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2869                                                                 ac->nodemask) {
2870                 struct page *page;
2871                 unsigned long mark;
2872
2873                 if (cpusets_enabled() &&
2874                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2875                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2876                                 continue;
2877                 /*
2878                  * When allocating a page cache page for writing, we
2879                  * want to get it from a node that is within its dirty
2880                  * limit, such that no single node holds more than its
2881                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2882                  * The dirty limits take into account the node's
2883                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2884                  * should be able to balance it without having to
2885                  * write pages from its LRU list.
2886                  *
2887                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2888                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
2889                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2890                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2891                  * nodes are together not big enough to reach the
2892                  * global limit.  The proper fix for these situations
2893                  * will require awareness of nodes in the
2894                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2895                  */
2896                 if (ac->spread_dirty_pages) {
2897                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
2898                                 continue;
2899
2900                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
2901                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
2902                                 continue;
2903                         }
2904                 }
2905
2906                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2907                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
2908                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
2909                         int ret;
2910
2911                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2912                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2913                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2914                                 goto try_this_zone;
2915
2916                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
2917                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
2918                                 continue;
2919
2920                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
2921                         switch (ret) {
2922                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
2923                                 /* did not scan */
2924                                 continue;
2925                         case NODE_RECLAIM_FULL:
2926                                 /* scanned but unreclaimable */
2927                                 continue;
2928                         default:
2929                                 /* did we reclaim enough */
2930                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2931                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
2932                                         goto try_this_zone;
2933
2934                                 continue;
2935                         }
2936                 }
2937
2938 try_this_zone:
2939                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
2940                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2941                 if (page) {
2942                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
2943
2944                         /*
2945                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2946                          * if the pageblock should be reserved for the future
2947                          */
2948                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2949                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2950
2951                         return page;
2952                 }
2953         }
2954
2955         return NULL;
2956 }
2957
2958 /*
2959  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2960  * meminfo in irq context.
2961  */
2962 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2963 {
2964         bool ret = false;
2965
2966 #if NODES_SHIFT > 8
2967         ret = in_interrupt();
2968 #endif
2969         return ret;
2970 }
2971
2972 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2973                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2974                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2975
2976 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2977 {
2978         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2979
2980         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2981             debug_guardpage_minorder() > 0)
2982                 return;
2983
2984         /*
2985          * This documents exceptions given to allocations in certain
2986          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2987          * of allowed nodes.
2988          */
2989         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2990                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2991                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2992                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2993         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2994                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2995
2996         if (fmt) {
2997                 struct va_format vaf;
2998                 va_list args;
2999
3000                 va_start(args, fmt);
3001
3002                 vaf.fmt = fmt;
3003                 vaf.va = &args;
3004
3005                 pr_warn("%pV", &vaf);
3006
3007                 va_end(args);
3008         }
3009
3010         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
3011                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
3012         dump_stack();
3013         if (!should_suppress_show_mem())
3014                 show_mem(filter);
3015 }
3016
3017 static inline struct page *
3018 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3019         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3020 {
3021         struct oom_control oc = {
3022                 .zonelist = ac->zonelist,
3023                 .nodemask = ac->nodemask,
3024                 .memcg = NULL,
3025                 .gfp_mask = gfp_mask,
3026                 .order = order,
3027         };
3028         struct page *page;
3029
3030         *did_some_progress = 0;
3031
3032         /*
3033          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3034          * making progress for us.
3035          */
3036         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3037                 *did_some_progress = 1;
3038                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3039                 return NULL;
3040         }
3041
3042         /*
3043          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3044          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3045          * we're still under heavy pressure.
3046          */
3047         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3048                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3049         if (page)
3050                 goto out;
3051
3052         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3053                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3054                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3055                         goto out;
3056                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3057                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3058                         goto out;
3059                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3060                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3061                         goto out;
3062                 if (pm_suspended_storage())
3063                         goto out;
3064                 /*
3065                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3066                  * other request to make a forward progress.
3067                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3068                  * do much for this context but let's try it to at least get
3069                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
3070                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3071                  * failures more gracefully we should just bail out here.
3072                  */
3073
3074                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3075                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3076                         goto out;
3077         }
3078         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3079         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3080                 *did_some_progress = 1;
3081
3082                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3083                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3084                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
3085                         /*
3086                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3087                          * are depleted
3088                          */
3089                         if (!page)
3090                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3091                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3092                 }
3093         }
3094 out:
3095         mutex_unlock(&oom_lock);
3096         return page;
3097 }
3098
3099 /*
3100  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3101  * killer is consider as the only way to move forward.
3102  */
3103 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3104
3105 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3106 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3107 static struct page *
3108 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3109                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3110                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3111 {
3112         struct page *page;
3113
3114         if (!order)
3115                 return NULL;
3116
3117         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3118         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3119                                                                         prio);
3120         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3121
3122         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3123                 return NULL;
3124
3125         /*
3126          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3127          * count a compaction stall
3128          */
3129         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3130
3131         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3132
3133         if (page) {
3134                 struct zone *zone = page_zone(page);
3135
3136                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3137                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3138                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3139                 return page;
3140         }
3141
3142         /*
3143          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3144          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3145          */
3146         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3147
3148         cond_resched();
3149
3150         return NULL;
3151 }
3152
3153 #else
3154 static inline struct page *
3155 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3156                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3157                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3158 {
3159         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3160         return NULL;
3161 }
3162
3163 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3164
3165 static inline bool
3166 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3167                      enum compact_result compact_result,
3168                      enum compact_priority *compact_priority,
3169                      int compaction_retries)
3170 {
3171         struct zone *zone;
3172         struct zoneref *z;
3173
3174         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3175                 return false;
3176
3177         /*
3178          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3179          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3180          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3181          * watermarks are OK.
3182          */
3183         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3184                                         ac->nodemask) {
3185                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3186                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3187                         return true;
3188         }
3189         return false;
3190 }
3191
3192 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3193 static int
3194 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3195                                         const struct alloc_context *ac)
3196 {
3197         struct reclaim_state reclaim_state;
3198         int progress;
3199
3200         cond_resched();
3201
3202         /* We now go into synchronous reclaim */
3203         cpuset_memory_pressure_bump();
3204         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3205         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3206         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3207         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3208
3209         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3210                                                                 ac->nodemask);
3211
3212         current->reclaim_state = NULL;
3213         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3214         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3215
3216         cond_resched();
3217
3218         return progress;
3219 }
3220
3221 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3222 static inline struct page *
3223 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3224                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3225                 unsigned long *did_some_progress)
3226 {
3227         struct page *page = NULL;
3228         bool drained = false;
3229
3230         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3231         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3232                 return NULL;
3233
3234 retry:
3235         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3236
3237         /*
3238          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3239          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3240          * Shrink them them and try again
3241          */
3242         if (!page && !drained) {
3243                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3244                 drain_all_pages(NULL);
3245                 drained = true;
3246                 goto retry;
3247         }
3248
3249         return page;
3250 }
3251
3252 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3253 {
3254         struct zoneref *z;
3255         struct zone *zone;
3256         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3257
3258         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3259                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3260                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3261                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3262                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3263         }
3264 }
3265
3266 static inline unsigned int
3267 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3268 {
3269         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3270
3271         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3272         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3273
3274         /*
3275          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3276          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3277          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3278          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3279          */
3280         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3281
3282         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3283                 /*
3284                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3285                  * if it can't schedule.
3286                  */
3287                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3288                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3289                 /*
3290                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3291                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3292                  */
3293                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3294         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3295                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3296
3297 #ifdef CONFIG_CMA
3298         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3299                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3300 #endif
3301         return alloc_flags;
3302 }
3303
3304 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3305 {
3306         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3307                 return false;
3308
3309         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3310                 return true;
3311         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3312                 return true;
3313         if (!in_interrupt() &&
3314                         ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3315                          unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3316                 return true;
3317
3318         return false;
3319 }
3320
3321 /*
3322  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3323  * is consider as the only way to move forward.
3324  */
3325 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3326
3327 /*
3328  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3329  * for the given allocation request.
3330  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3331  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3332  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3333  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3334  * no_progress_loops).
3335  *
3336  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3337  */
3338 static inline bool
3339 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3340                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3341                      bool did_some_progress, int no_progress_loops)
3342 {
3343         struct zone *zone;
3344         struct zoneref *z;
3345
3346         /*
3347          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3348          * several times in the row.
3349          */
3350         if (no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3351                 return false;
3352
3353         /*
3354          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3355          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3356          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3357          * screwed and have to go OOM.
3358          */
3359         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3360                                         ac->nodemask) {
3361                 unsigned long available;
3362                 unsigned long reclaimable;
3363
3364                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3365                 available -= DIV_ROUND_UP(no_progress_loops * available,
3366                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3367                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3368
3369                 /*
3370                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3371                  * available?
3372                  */
3373                 if (__zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark_pages(zone),
3374                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available)) {
3375                         /*
3376                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3377                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3378                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3379                          * prevent from pre mature OOM
3380                          */
3381                         if (!did_some_progress) {
3382                                 unsigned long write_pending;
3383
3384                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3385                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3386
3387                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3388                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3389                                         return true;
3390                                 }
3391                         }
3392
3393                         /*
3394                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3395                          * context and the current implementation of the WQ
3396                          * concurrency control doesn't recognize that
3397                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3398                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3399                          * do a short sleep here rather than calling
3400                          * cond_resched().
3401                          */
3402                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3403                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3404                         else
3405                                 cond_resched();
3406
3407                         return true;
3408                 }
3409         }
3410
3411         return false;
3412 }
3413
3414 static inline struct page *
3415 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3416                                                 struct alloc_context *ac)
3417 {
3418         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3419         struct page *page = NULL;
3420         unsigned int alloc_flags;
3421         unsigned long did_some_progress;
3422         enum compact_priority compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3423         enum compact_result compact_result;
3424         int compaction_retries = 0;
3425         int no_progress_loops = 0;
3426
3427         /*
3428          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3429          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3430          * be using allocators in order of preference for an area that is
3431          * too large.
3432          */
3433         if (order >= MAX_ORDER) {
3434                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3435                 return NULL;
3436         }
3437
3438         /*
3439          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3440          * callers that are not in atomic context.
3441          */
3442         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3443                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3444                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3445
3446         /*
3447          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3448          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3449          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3450          */
3451         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3452
3453         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3454                 wake_all_kswapds(order, ac);
3455
3456         /*
3457          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3458          * that first
3459          */
3460         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3461         if (page)
3462                 goto got_pg;
3463
3464         /*
3465          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3466          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. Don't try
3467          * that for allocations that are allowed to ignore watermarks, as the
3468          * ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3469          */
3470         if (can_direct_reclaim && order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3471                 !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3472                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3473                                                 alloc_flags, ac,
3474                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3475                                                 &compact_result);
3476                 if (page)
3477                         goto got_pg;
3478
3479                 /*
3480                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3481                  * includes THP page fault allocations
3482                  */
3483                 if (gfp_mask & __GFP_NORETRY) {
3484                         /*
3485                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
3486                          * it is because sync compaction recently failed. If
3487                          * this is the case and the caller requested a THP
3488                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
3489                          * system, so we fail the allocation instead of entering
3490                          * direct reclaim.
3491                          */
3492                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3493                                 goto nopage;
3494
3495                         /*
3496                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
3497                          * sync compaction could be very expensive, so keep
3498                          * using async compaction.
3499                          */
3500                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
3501                 }
3502         }
3503
3504 retry:
3505         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
3506         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3507                 wake_all_kswapds(order, ac);
3508
3509         if (gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask))
3510                 alloc_flags = ALLOC_NO_WATERMARKS;
3511
3512         /*
3513          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3514          * These allocations are high priority and system rather than user
3515          * orientated.
3516          */
3517         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
3518                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3519                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3520                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3521         }
3522
3523         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
3524         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3525         if (page)
3526                 goto got_pg;
3527
3528         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3529         if (!can_direct_reclaim) {
3530                 /*
3531                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3532                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3533                  * to fail.
3534                  */
3535                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3536                 goto nopage;
3537         }
3538
3539         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3540         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3541                 /*
3542                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3543                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3544                  * for somebody to do a work for us.
3545                  */
3546                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3547                         cond_resched();
3548                         goto retry;
3549                 }
3550                 goto nopage;
3551         }
3552
3553         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3554         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3555                 goto nopage;
3556
3557
3558         /* Try direct reclaim and then allocating */
3559         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3560                                                         &did_some_progress);
3561         if (page)
3562                 goto got_pg;
3563
3564         /* Try direct compaction and then allocating */
3565         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3566                                         compact_priority, &compact_result);
3567         if (page)
3568                 goto got_pg;
3569
3570         if (order && compaction_made_progress(compact_result))
3571                 compaction_retries++;
3572
3573         /* Do not loop if specifically requested */
3574         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3575                 goto nopage;
3576
3577         /*
3578          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3579          * __GFP_REPEAT
3580          */
3581         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3582                 goto nopage;
3583
3584         /*
3585          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3586          * their order will become available due to high fragmentation so
3587          * always increment the no progress counter for them
3588          */
3589         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3590                 no_progress_loops = 0;
3591         else
3592                 no_progress_loops++;
3593
3594         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3595                                  did_some_progress > 0, no_progress_loops))
3596                 goto retry;
3597
3598         /*
3599          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3600          * reclaim is not able to make any progress because the current
3601          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3602          * of free memory (see __compaction_suitable)
3603          */
3604         if (did_some_progress > 0 &&
3605                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3606                                 compact_result, &compact_priority,
3607                                 compaction_retries))
3608                 goto retry;
3609
3610         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3611         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3612         if (page)
3613                 goto got_pg;
3614
3615         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3616         if (did_some_progress) {
3617                 no_progress_loops = 0;
3618                 goto retry;
3619         }
3620
3621 nopage:
3622         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3623 got_pg:
3624         return page;
3625 }
3626
3627 /*
3628  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3629  */
3630 struct page *
3631 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3632                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3633 {
3634         struct page *page;
3635         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3636         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3637         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3638         struct alloc_context ac = {
3639                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3640                 .zonelist = zonelist,
3641                 .nodemask = nodemask,
3642                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3643         };
3644
3645         if (cpusets_enabled()) {
3646                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3647                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3648                 if (!ac.nodemask)
3649                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3650         }
3651
3652         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3653
3654         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3655
3656         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3657
3658         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3659                 return NULL;
3660
3661         /*
3662          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3663          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3664          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3665          */
3666         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3667                 return NULL;
3668
3669         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3670                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3671
3672 retry_cpuset:
3673         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3674
3675         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3676         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3677
3678         /*
3679          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3680          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3681          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3682          */
3683         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3684                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3685         if (!ac.preferred_zoneref) {
3686                 page = NULL;
3687                 goto no_zone;
3688         }
3689
3690         /* First allocation attempt */
3691         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3692         if (likely(page))
3693                 goto out;
3694
3695         /*
3696          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3697          * because I/O on the device might not complete.
3698          */
3699         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3700         ac.spread_dirty_pages = false;
3701
3702         /*
3703          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3704          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3705          */
3706         if (cpusets_enabled())
3707                 ac.nodemask = nodemask;
3708         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3709
3710 no_zone:
3711         /*
3712          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3713          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3714          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3715          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3716          */
3717         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3718                 alloc_mask = gfp_mask;
3719                 goto retry_cpuset;
3720         }
3721
3722 out:
3723         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
3724             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
3725                 __free_pages(page, order);
3726                 page = NULL;
3727         }
3728
3729         if (kmemcheck_enabled && page)
3730                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3731
3732         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3733
3734         return page;
3735 }
3736 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3737
3738 /*
3739  * Common helper functions.
3740  */
3741 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3742 {
3743         struct page *page;
3744
3745         /*
3746          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3747          * a highmem page
3748          */
3749         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3750
3751         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3752         if (!page)
3753                 return 0;
3754         return (unsigned long) page_address(page);
3755 }
3756 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3757
3758 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3759 {
3760         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3761 }
3762 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3763
3764 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3765 {
3766         if (put_page_testzero(page)) {
3767                 if (order == 0)
3768                         free_hot_cold_page(page, false);
3769                 else
3770                         __free_pages_ok(page, order);
3771         }
3772 }
3773
3774 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3775
3776 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3777 {
3778         if (addr != 0) {
3779                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3780                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3781         }
3782 }
3783
3784 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3785
3786 /*
3787  * Page Fragment:
3788  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3789  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3790  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3791  *
3792  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3793  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3794  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3795  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3796  */
3797 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3798                                        gfp_t gfp_mask)
3799 {
3800         struct page *page = NULL;
3801         gfp_t gfp = gfp_mask;
3802
3803 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3804         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3805                     __GFP_NOMEMALLOC;
3806         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3807                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3808         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3809 #endif
3810         if (unlikely(!page))
3811                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3812
3813         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3814
3815         return page;
3816 }
3817
3818 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3819                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3820 {
3821         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3822         struct page *page;
3823         int offset;
3824
3825         if (unlikely(!nc->va)) {
3826 refill:
3827                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3828                 if (!page)
3829                         return NULL;
3830
3831 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3832                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3833                 size = nc->size;
3834 #endif
3835                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3836                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3837                  */
3838                 page_ref_add(page, size - 1);
3839
3840                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3841                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3842                 nc->pagecnt_bias = size;
3843                 nc->offset = size;
3844         }
3845
3846         offset = nc->offset - fragsz;
3847         if (unlikely(offset < 0)) {
3848                 page = virt_to_page(nc->va);
3849
3850                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3851                         goto refill;
3852
3853 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3854                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3855                 size = nc->size;
3856 #endif
3857                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3858                 set_page_count(page, size);
3859
3860                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3861                 nc->pagecnt_bias = size;
3862                 offset = size - fragsz;
3863         }
3864
3865         nc->pagecnt_bias--;
3866         nc->offset = offset;
3867
3868         return nc->va + offset;
3869 }
3870 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3871
3872 /*
3873  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3874  */
3875 void __free_page_frag(void *addr)
3876 {
3877         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3878
3879         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3880                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3881 }
3882 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3883
3884 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3885                 size_t size)
3886 {
3887         if (addr) {
3888                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3889                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3890
3891                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3892                 while (used < alloc_end) {
3893                         free_page(used);
3894                         used += PAGE_SIZE;
3895                 }
3896         }
3897         return (void *)addr;
3898 }
3899
3900 /**
3901  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3902  * @size: the number of bytes to allocate
3903  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3904  *
3905  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3906  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3907  * allocate memory in power-of-two pages.
3908  *
3909  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3910  *
3911  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3912  */
3913 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3914 {
3915         unsigned int order = get_order(size);
3916         unsigned long addr;
3917
3918         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3919         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3920 }
3921 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3922
3923 /**
3924  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3925  *                         pages on a node.
3926  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3927  * @size: the number of bytes to allocate
3928  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3929  *
3930  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3931  * back.
3932  */
3933 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3934 {
3935         unsigned int order = get_order(size);
3936         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3937         if (!p)
3938                 return NULL;
3939         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3940 }
3941
3942 /**
3943  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3944  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3945  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3946  *
3947  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3948  */
3949 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3950 {
3951         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3952         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3953
3954         while (addr < end) {
3955                 free_page(addr);
3956                 addr += PAGE_SIZE;
3957         }
3958 }
3959 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3960
3961 /**
3962  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3963  * @offset: The zone index of the highest zone
3964  *
3965  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3966  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3967  * zone, the number of pages is calculated as:
3968  *     managed_pages - high_pages
3969  */
3970 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3971 {
3972         struct zoneref *z;
3973         struct zone *zone;
3974
3975         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3976         unsigned long sum = 0;
3977
3978         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3979
3980         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3981                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3982                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3983                 if (size > high)
3984                         sum += size - high;
3985         }
3986
3987         return sum;
3988 }
3989
3990 /**
3991  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3992  *
3993  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3994  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3995  */
3996 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3997 {
3998         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3999 }
4000 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4001
4002 /**
4003  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4004  *
4005  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4006  * high watermark within all zones.
4007  */
4008 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4009 {
4010         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4011 }
4012
4013 static inline void show_node(struct zone *zone)
4014 {
4015         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4016                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4017 }
4018
4019 long si_mem_available(void)
4020 {
4021         long available;
4022         unsigned long pagecache;
4023         unsigned long wmark_low = 0;
4024         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4025         struct zone *zone;
4026         int lru;
4027
4028         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4029                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4030
4031         for_each_zone(zone)
4032                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4033
4034         /*
4035          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4036          * without causing swapping.
4037          */
4038         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4039
4040         /*
4041          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4042          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4043          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4044          */
4045         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4046         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4047         available += pagecache;
4048
4049         /*
4050          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4051          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4052          */
4053         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4054                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4055
4056         if (available < 0)
4057                 available = 0;
4058         return available;
4059 }
4060 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4061
4062 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4063 {
4064         val->totalram = totalram_pages;
4065         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4066         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4067         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4068         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4069         val->freehigh = nr_free_highpages();
4070         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4071 }
4072
4073 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4074
4075 #ifdef CONFIG_NUMA
4076 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4077 {
4078         int zone_type;          /* needs to be signed */
4079         unsigned long managed_pages = 0;
4080         unsigned long managed_highpages = 0;
4081         unsigned long free_highpages = 0;
4082         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4083
4084         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4085                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4086         val->totalram = managed_pages;
4087         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4088         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4089 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4090         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4091                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4092
4093                 if (is_highmem(zone)) {
4094                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4095                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4096                 }
4097         }
4098         val->totalhigh = managed_highpages;
4099         val->freehigh = free_highpages;
4100 #else
4101         val->totalhigh = managed_highpages;
4102         val->freehigh = free_highpages;
4103 #endif
4104         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4105 }
4106 #endif
4107
4108 /*
4109  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4110  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4111  */
4112 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
4113 {
4114         bool ret = false;
4115         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4116
4117         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4118                 goto out;
4119
4120         do {
4121                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4122                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
4123         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
4124 out:
4125         return ret;
4126 }
4127
4128 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4129
4130 static void show_migration_types(unsigned char type)
4131 {
4132         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4133                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4134                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4135                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4136                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4137 #ifdef CONFIG_CMA
4138                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4139 #endif
4140 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4141                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4142 #endif
4143         };
4144         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4145         char *p = tmp;
4146         int i;
4147
4148         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4149                 if (type & (1 << i))
4150                         *p++ = types[i];
4151         }
4152
4153         *p = '\0';
4154         printk("(%s) ", tmp);
4155 }
4156
4157 /*
4158  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4159  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4160  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4161  *
4162  * Bits in @filter:
4163  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4164  *   cpuset.
4165  */
4166 void show_free_areas(unsigned int filter)
4167 {
4168         unsigned long free_pcp = 0;
4169         int cpu;
4170         struct zone *zone;
4171         pg_data_t *pgdat;
4172
4173         for_each_populated_zone(zone) {
4174                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4175                         continue;
4176
4177                 for_each_online_cpu(cpu)
4178                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4179         }
4180
4181         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4182                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4183                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4184                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4185                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4186                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4187                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4188                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4189                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4190                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4191                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4192                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4193                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4194                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4195                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4196                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4197                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4198                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4199                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4200                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4201                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4202                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4203                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4204                 free_pcp,
4205                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4206
4207         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4208                 printk("Node %d"
4209                         " active_anon:%lukB"
4210                         " inactive_anon:%lukB"
4211                         " active_file:%lukB"
4212                         " inactive_file:%lukB"
4213                         " unevictable:%lukB"
4214                         " isolated(anon):%lukB"
4215                         " isolated(file):%lukB"
4216                         " mapped:%lukB"
4217                         " dirty:%lukB"
4218                         " writeback:%lukB"
4219                         " shmem:%lukB"
4220 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4221                         " shmem_thp: %lukB"
4222                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4223                         " anon_thp: %lukB"
4224 #endif
4225                         " writeback_tmp:%lukB"
4226                         " unstable:%lukB"
4227                         " pages_scanned:%lu"
4228                         " all_unreclaimable? %s"
4229                         "\n",
4230                         pgdat->node_id,
4231                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4232                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4233                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4234                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4235                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4236                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4237                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4238                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4239                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4240                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4241 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4242                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4243                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4244                                         * HPAGE_PMD_NR),
4245                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4246 #endif
4247                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4248                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4249                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4250                         node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED),
4251                         !pgdat_reclaimable(pgdat) ? "yes" : "no");
4252         }
4253
4254         for_each_populated_zone(zone) {
4255                 int i;
4256
4257                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4258                         continue;
4259
4260                 free_pcp = 0;
4261                 for_each_online_cpu(cpu)
4262                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4263
4264                 show_node(zone);
4265                 printk("%s"
4266                         " free:%lukB"
4267                         " min:%lukB"
4268                         " low:%lukB"
4269                         " high:%lukB"
4270                         " active_anon:%lukB"
4271                         " inactive_anon:%lukB"
4272                         " active_file:%lukB"
4273                         " inactive_file:%lukB"
4274                         " unevictable:%lukB"
4275                         " writepending:%lukB"
4276                         " present:%lukB"
4277                         " managed:%lukB"
4278                         " mlocked:%lukB"
4279                         " slab_reclaimable:%lukB"
4280                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4281                         " kernel_stack:%lukB"
4282                         " pagetables:%lukB"
4283                         " bounce:%lukB"
4284                         " free_pcp:%lukB"
4285                         " local_pcp:%ukB"
4286                         " free_cma:%lukB"
4287                         "\n",
4288                         zone->name,
4289                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4290                         K(min_wmark_pages(zone)),
4291                         K(low_wmark_pages(zone)),
4292                         K(high_wmark_pages(zone)),
4293                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4294                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4295                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4296                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4297                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4298                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4299                         K(zone->present_pages),
4300                         K(zone->managed_pages),
4301                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4302                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4303                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4304                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4305                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4306                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4307                         K(free_pcp),
4308                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4309                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4310                 printk("lowmem_reserve[]:");
4311                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4312                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4313                 printk("\n");
4314         }
4315
4316         for_each_populated_zone(zone) {
4317                 unsigned int order;
4318                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4319                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4320
4321                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4322                         continue;
4323                 show_node(zone);
4324                 printk("%s: ", zone->name);
4325
4326                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4327                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4328                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4329                         int type;
4330
4331                         nr[order] = area->nr_free;
4332                         total += nr[order] << order;
4333
4334                         types[order] = 0;
4335                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4336                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4337                                         types[order] |= 1 << type;
4338                         }
4339                 }
4340                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4341                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4342                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4343                         if (nr[order])
4344                                 show_migration_types(types[order]);
4345                 }
4346                 printk("= %lukB\n", K(total));
4347         }
4348
4349         hugetlb_show_meminfo();
4350
4351         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4352
4353         show_swap_cache_info();
4354 }
4355
4356 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4357 {
4358         zoneref->zone = zone;
4359         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4360 }
4361
4362 /*
4363  * Builds allocation fallback zone lists.
4364  *
4365  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4366  */
4367 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4368                                 int nr_zones)
4369 {
4370         struct zone *zone;
4371         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4372
4373         do {
4374                 zone_type--;
4375                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4376                 if (managed_zone(zone)) {
4377                         zoneref_set_zone(zone,
4378                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4379                         check_highest_zone(zone_type);
4380                 }
4381         } while (zone_type);
4382
4383         return nr_zones;
4384 }
4385
4386
4387 /*
4388  *  zonelist_order:
4389  *  0 = automatic detection of better ordering.
4390  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4391  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4392  *
4393  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4394  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4395  */
4396 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4397 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4398 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4399
4400 /* zonelist order in the kernel.
4401  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4402  */
4403 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4404 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4405
4406
4407 #ifdef CONFIG_NUMA
4408 /* The value user specified ....changed by config */
4409 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4410 /* string for sysctl */
4411 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4412 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4413
4414 /*
4415  * interface for configure zonelist ordering.
4416  * command line option "numa_zonelist_order"
4417  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4418  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4419  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4420  */
4421
4422 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4423 {
4424         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4425                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4426         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4427                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4428         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4429                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4430         } else {
4431                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4432                 return -EINVAL;
4433         }
4434         return 0;
4435 }
4436
4437 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4438 {
4439         int ret;
4440
4441         if (!s)
4442                 return 0;
4443
4444         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4445         if (ret == 0)
4446                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4447
4448         return ret;
4449 }
4450 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4451
4452 /*
4453  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4454  */
4455 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4456                 void __user *buffer, size_t *length,
4457                 loff_t *ppos)
4458 {
4459         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4460         int ret;
4461         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4462
4463         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4464         if (write) {
4465                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4466                         ret = -EINVAL;
4467                         goto out;
4468                 }
4469                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4470         }
4471         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4472         if (ret)
4473                 goto out;
4474         if (write) {
4475                 int oldval = user_zonelist_order;
4476
4477                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4478                 if (ret) {
4479                         /*
4480                          * bogus value.  restore saved string
4481                          */
4482                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4483                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4484                         user_zonelist_order = oldval;
4485                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4486                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4487                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4488                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4489                 }
4490         }
4491 out:
4492         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4493         return ret;
4494 }
4495
4496
4497 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4498 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4499
4500 /**
4501  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4502  * @node: node whose fallback list we're appending
4503  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4504  *
4505  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4506  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4507  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4508  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4509  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4510  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4511  * on them otherwise.
4512  * It returns -1 if no node is found.
4513  */
4514 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4515 {
4516         int n, val;
4517         int min_val = INT_MAX;
4518         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4519         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4520
4521         /* Use the local node if we haven't already */
4522         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4523                 node_set(node, *used_node_mask);
4524                 return node;
4525         }
4526
4527         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4528
4529                 /* Don't want a node to appear more than once */
4530                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4531                         continue;
4532
4533                 /* Use the distance array to find the distance */
4534                 val = node_distance(node, n);
4535
4536                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4537                 val += (n < node);
4538
4539                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4540                 tmp = cpumask_of_node(n);
4541                 if (!cpumask_empty(tmp))
4542                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4543
4544                 /* Slight preference for less loaded node */
4545                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4546                 val += node_load[n];
4547
4548                 if (val < min_val) {
4549                         min_val = val;
4550                         best_node = n;
4551                 }
4552         }
4553
4554         if (best_node >= 0)
4555                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4556
4557         return best_node;
4558 }
4559
4560
4561 /*
4562  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4563  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4564  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4565  */
4566 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4567 {
4568         int j;
4569         struct zonelist *zonelist;
4570
4571         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4572         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4573                 ;
4574         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4575         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4576         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4577 }
4578
4579 /*
4580  * Build gfp_thisnode zonelists
4581  */
4582 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4583 {
4584         int j;
4585         struct zonelist *zonelist;
4586
4587         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4588         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4589         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4590         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4591 }
4592
4593 /*
4594  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4595  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4596  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4597  * may still exist in local DMA zone.
4598  */
4599 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4600
4601 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4602 {
4603         int pos, j, node;
4604         int zone_type;          /* needs to be signed */
4605         struct zone *z;
4606         struct zonelist *zonelist;
4607
4608         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4609         pos = 0;
4610         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4611                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4612                         node = node_order[j];
4613                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4614                         if (managed_zone(z)) {
4615                                 zoneref_set_zone(z,
4616                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4617                                 check_highest_zone(zone_type);
4618                         }
4619                 }
4620         }
4621         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4622         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4623 }
4624
4625 #if defined(CONFIG_64BIT)
4626 /*
4627  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4628  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4629  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4630  */
4631 static int default_zonelist_order(void)
4632 {
4633         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4634 }
4635 #else
4636 /*
4637  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4638  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4639  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4640  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4641  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4642  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4643  */
4644 static int default_zonelist_order(void)
4645 {
4646         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4647 }
4648 #endif /* CONFIG_64BIT */
4649
4650 static void set_zonelist_order(void)
4651 {
4652         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4653                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4654         else
4655                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4656 }
4657
4658 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4659 {
4660         int i, node, load;
4661         nodemask_t used_mask;
4662         int local_node, prev_node;
4663         struct zonelist *zonelist;
4664         unsigned int order = current_zonelist_order;
4665
4666         /* initialize zonelists */
4667         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4668                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4669                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4670                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4671         }
4672
4673         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4674         local_node = pgdat->node_id;
4675         load = nr_online_nodes;
4676         prev_node = local_node;
4677         nodes_clear(used_mask);
4678
4679         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4680         i = 0;
4681
4682         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4683                 /*
4684                  * We don't want to pressure a particular node.
4685                  * So adding penalty to the first node in same
4686                  * distance group to make it round-robin.
4687                  */
4688                 if (node_distance(local_node, node) !=
4689                     node_distance(local_node, prev_node))
4690                         node_load[node] = load;
4691
4692                 prev_node = node;
4693                 load--;
4694                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4695                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4696                 else
4697                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4698         }
4699
4700         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4701                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4702                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4703         }
4704
4705         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4706 }
4707
4708 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4709 /*
4710  * Return node id of node used for "local" allocations.
4711  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4712  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4713  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4714  */
4715 int local_memory_node(int node)
4716 {
4717         struct zoneref *z;
4718
4719         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4720                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4721                                    NULL);
4722         return z->zone->node;
4723 }
4724 #endif
4725
4726 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
4727 static void setup_min_slab_ratio(void);
4728 #else   /* CONFIG_NUMA */
4729
4730 static void set_zonelist_order(void)
4731 {
4732         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4733 }
4734
4735 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4736 {
4737         int node, local_node;
4738         enum zone_type j;
4739         struct zonelist *zonelist;
4740
4741         local_node = pgdat->node_id;
4742
4743         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4744         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4745
4746         /*
4747          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4748          * of all the other nodes.
4749          * We don't want to pressure a particular node, so when
4750          * building the zones for node N, we make sure that the
4751          * zones coming right after the local ones are those from
4752          * node N+1 (modulo N)
4753          */
4754         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4755                 if (!node_online(node))
4756                         continue;
4757                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4758         }
4759         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4760                 if (!node_online(node))
4761                         continue;
4762                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4763         }
4764
4765         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4766         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4767 }
4768
4769 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4770
4771 /*
4772  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4773  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4774  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4775  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4776  * with interrupts disabled.
4777  *
4778  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4779  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4780  * hotplugged processors.
4781  *
4782  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4783  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4784  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4785  */
4786 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4787 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4788 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4789
4790 /*
4791  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4792  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4793  */
4794 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4795
4796 /* return values int ....just for stop_machine() */
4797 static int __build_all_zonelists(void *data)
4798 {
4799         int nid;
4800         int cpu;
4801         pg_data_t *self = data;
4802
4803 #ifdef CONFIG_NUMA
4804         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4805 #endif
4806
4807         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4808                 build_zonelists(self);
4809         }
4810
4811         for_each_online_node(nid) {
4812                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4813
4814                 build_zonelists(pgdat);
4815         }
4816
4817         /*
4818          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4819          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4820          * each zone will be allocated later when the per cpu
4821          * allocator is available.
4822          *
4823          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4824          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4825          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4826          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4827          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4828          * (a chicken-egg dilemma).
4829          */
4830         for_each_possible_cpu(cpu) {
4831                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4832
4833 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4834                 /*
4835                  * We now know the "local memory node" for each node--
4836                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4837                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4838                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4839                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4840                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4841                  */
4842                 if (cpu_online(cpu))
4843                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4844 #endif
4845         }
4846
4847         return 0;
4848 }
4849
4850 static noinline void __init
4851 build_all_zonelists_init(void)
4852 {
4853         __build_all_zonelists(NULL);
4854         mminit_verify_zonelist();
4855         cpuset_init_current_mems_allowed();
4856 }
4857
4858 /*
4859  * Called with zonelists_mutex held always
4860  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4861  *
4862  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4863  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4864  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4865  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4866  */
4867 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4868 {
4869         set_zonelist_order();
4870
4871         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4872                 build_all_zonelists_init();
4873         } else {
4874 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4875                 if (zone)
4876                         setup_zone_pageset(zone);
4877 #endif
4878                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4879                    of zonelist */
4880                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4881                 /* cpuset refresh routine should be here */
4882         }
4883         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4884         /*
4885          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4886          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4887          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4888          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4889          * disabled and enable it later
4890          */
4891         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4892                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4893         else
4894                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4895
4896         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
4897                 nr_online_nodes,
4898                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4899                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4900                 vm_total_pages);
4901 #ifdef CONFIG_NUMA
4902         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4903 #endif
4904 }
4905
4906 /*
4907  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4908  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4909  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4910  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4911  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4912  * conservative, even though it seems large.
4913  *
4914  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4915  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4916  */
4917 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4918
4919 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4920 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4921 {
4922         unsigned long size = 1;
4923
4924         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4925
4926         while (size < pages)
4927                 size <<= 1;
4928
4929         /*
4930          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4931          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4932          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4933          */
4934         size = min(size, 4096UL);
4935
4936         return max(size, 4UL);
4937 }
4938 #else
4939 /*
4940  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4941  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4942  *
4943  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4944  *
4945  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4946  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4947  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4948  *
4949  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4950  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4951  *
4952  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4953  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4954  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4955  */
4956 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4957 {
4958         return 4096UL;
4959 }
4960 #endif
4961
4962 /*
4963  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4964  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4965  * hash function before the remainder is taken.
4966  */
4967 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4968 {
4969         return ffz(~size);
4970 }
4971
4972 /*
4973  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4974  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4975  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4976  */
4977 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4978                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4979 {
4980         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
4981         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4982         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4983         unsigned long pfn;
4984         unsigned long nr_initialised = 0;
4985 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4986         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
4987 #endif
4988
4989         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4990                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4991
4992         /*
4993          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
4994          * memory
4995          */
4996         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
4997                 start_pfn += altmap->reserve;
4998
4999         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5000                 /*
5001                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5002                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5003                  */
5004                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5005                         goto not_early;
5006
5007                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5008                         continue;
5009                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5010                         continue;
5011                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5012                         break;
5013
5014 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5015                 /*
5016                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5017                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5018                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5019                  */
5020                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5021                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5022                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5023                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5024                                                 break;
5025                                 r = tmp;
5026                         }
5027                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5028                             memblock_is_mirror(r)) {
5029                                 /* already initialized as NORMAL */
5030                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5031                                 continue;
5032                         }
5033                 }
5034 #endif
5035
5036 not_early:
5037                 /*
5038                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5039                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5040                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5041                  * the address space during boot when many long-lived
5042                  * kernel allocations are made.
5043                  *
5044                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5045                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5046                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5047                  * pfn out of zone.
5048                  */
5049                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5050                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5051
5052                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5053                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5054                 } else {
5055                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5056                 }
5057         }
5058 }
5059
5060 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5061 {
5062         unsigned int order, t;
5063         for_each_migratetype_order(order, t) {
5064                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5065                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5066         }
5067 }
5068
5069 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5070 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5071         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5072 #endif
5073
5074 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5075 {
5076 #ifdef CONFIG_MMU
5077         int batch;
5078
5079         /*
5080          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5081          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5082          *
5083          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5084          */
5085         batch = zone->managed_pages / 1024;
5086         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5087                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5088         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5089         if (batch < 1)
5090                 batch = 1;
5091
5092         /*
5093          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5094          * of 2 value was found to be more likely to have
5095          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5096          *
5097          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5098          * batches of pages, one task can end up with a lot
5099          * of pages of one half of the possible page colors
5100          * and the other with pages of the other colors.
5101          */
5102         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5103
5104         return batch;
5105
5106 #else
5107         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5108          * conditions.
5109          *
5110          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5111          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5112          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5113          *
5114          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5115          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5116          * can be a significant delay between the individual batches being
5117          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5118          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5119          */
5120         return 0;
5121 #endif
5122 }
5123
5124 /*
5125  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5126  * ->batch must never be higher then ->high.
5127  * The following function updates them in a safe manner without read side
5128  * locking.
5129  *
5130  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5131  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5132  *
5133  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5134  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5135  * exist).
5136  */
5137 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5138                 unsigned long batch)
5139 {
5140        /* start with a fail safe value for batch */
5141         pcp->batch = 1;
5142         smp_wmb();
5143
5144        /* Update high, then batch, in order */
5145         pcp->high = high;
5146         smp_wmb();
5147
5148         pcp->batch = batch;
5149 }
5150
5151 /* a companion to pageset_set_high() */
5152 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5153 {
5154         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5155 }
5156
5157 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5158 {
5159         struct per_cpu_pages *pcp;
5160         int migratetype;
5161
5162         memset(p, 0, sizeof(*p));
5163
5164         pcp = &p->pcp;
5165         pcp->count = 0;
5166         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5167                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5168 }
5169
5170 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5171 {
5172         pageset_init(p);
5173         pageset_set_batch(p, batch);
5174 }
5175
5176 /*
5177  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5178  * to the value high for the pageset p.
5179  */
5180 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5181                                 unsigned long high)
5182 {
5183         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5184         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5185                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5186
5187         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5188 }
5189
5190 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5191                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5192 {
5193         if (percpu_pagelist_fraction)
5194                 pageset_set_high(pcp,
5195                         (zone->managed_pages /
5196                                 percpu_pagelist_fraction));
5197         else
5198                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5199 }
5200
5201 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5202 {
5203         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5204
5205         pageset_init(pcp);
5206         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5207 }
5208
5209 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5210 {
5211         int cpu;
5212         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5213         for_each_possible_cpu(cpu)
5214                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5215 }
5216
5217 /*
5218  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5219  * Before this call only boot pagesets were available.
5220  */
5221 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5222 {
5223         struct pglist_data *pgdat;
5224         struct zone *zone;
5225
5226         for_each_populated_zone(zone)
5227                 setup_zone_pageset(zone);
5228
5229         for_each_online_pgdat(pgdat)
5230                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5231                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5232 }
5233
5234 static noinline __ref
5235 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
5236 {
5237         int i;
5238         size_t alloc_size;
5239
5240         /*
5241          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
5242          * per zone.
5243          */
5244         zone->wait_table_hash_nr_entries =
5245                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
5246         zone->wait_table_bits =
5247                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
5248         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
5249                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
5250
5251         if (!slab_is_available()) {
5252                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
5253                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
5254                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
5255         } else {
5256                 /*
5257                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
5258                  * via memory hot-add.
5259                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
5260                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
5261                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
5262                  * node itself as well.
5263                  * To use this new node's memory, further consideration will be
5264                  * necessary.
5265                  */
5266                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
5267         }
5268         if (!zone->wait_table)
5269                 return -ENOMEM;
5270
5271         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
5272                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
5273
5274         return 0;
5275 }
5276
5277 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5278 {
5279         /*
5280          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5281          * relies on the ability of the linker to provide the
5282          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5283          */
5284         zone->pageset = &boot_pageset;
5285
5286         if (populated_zone(zone))
5287                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5288                         zone->name, zone->present_pages,
5289                                          zone_batchsize(zone));
5290 }
5291
5292 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5293                                         unsigned long zone_start_pfn,
5294                                         unsigned long size)
5295 {
5296         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5297         int ret;
5298         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5299         if (ret)
5300                 return ret;
5301         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5302
5303         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5304
5305         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5306                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5307                         pgdat->node_id,
5308                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5309                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5310
5311         zone_init_free_lists(zone);
5312
5313         return 0;
5314 }
5315
5316 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5317 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5318
5319 /*
5320  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5321  */
5322 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5323                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5324 {
5325         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5326         int nid;
5327
5328         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5329                 return state->last_nid;
5330
5331         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5332         if (nid != -1) {
5333                 state->last_start = start_pfn;
5334                 state->last_end = end_pfn;
5335                 state->last_nid = nid;
5336         }
5337
5338         return nid;
5339 }
5340 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5341
5342 /**
5343  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5344  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5345  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5346  *
5347  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5348  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5349  * memblock_free_early_nid() manually.
5350  */
5351 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5352 {
5353         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5354         int i, this_nid;
5355
5356         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5357                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5358                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5359
5360                 if (start_pfn < end_pfn)
5361                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5362                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5363                                         this_nid);
5364         }
5365 }
5366
5367 /**
5368  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5369  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5370  *
5371  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5372  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5373  */
5374 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5375 {
5376         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5377         int i, this_nid;
5378
5379         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5380                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5381 }
5382
5383 /**
5384  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5385  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5386  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5387  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5388  *
5389  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5390  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5391  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5392  * PFNs will be 0.
5393  */
5394 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5395                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5396 {
5397         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5398         int i;
5399
5400         *start_pfn = -1UL;
5401         *end_pfn = 0;
5402
5403         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5404                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5405                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5406         }
5407
5408         if (*start_pfn == -1UL)
5409                 *start_pfn = 0;
5410 }
5411
5412 /*
5413  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5414  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5415  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5416  */
5417 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5418 {
5419         int zone_index;
5420         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5421                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5422                         continue;
5423
5424                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5425                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5426                         break;
5427         }
5428
5429         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5430         movable_zone = zone_index;
5431 }
5432
5433 /*
5434  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5435  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5436  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5437  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5438  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5439  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5440  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5441  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5442  */
5443 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5444                                         unsigned long zone_type,
5445                                         unsigned long node_start_pfn,
5446                                         unsigned long node_end_pfn,
5447                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5448                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5449 {
5450         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5451         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5452                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5453                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5454                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5455                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5456                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5457
5458                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5459                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5460                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5461                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5462                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5463
5464                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5465                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5466                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5467         }
5468 }
5469
5470 /*
5471  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5472  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5473  */
5474 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5475                                         unsigned long zone_type,
5476                                         unsigned long node_start_pfn,
5477                                         unsigned long node_end_pfn,
5478                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5479                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5480                                         unsigned long *ignored)
5481 {
5482         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5483         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5484                 return 0;
5485
5486         /* Get the start and end of the zone */
5487         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5488         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5489         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5490                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5491                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5492
5493         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5494         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5495                 return 0;
5496
5497         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5498         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5499         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5500
5501         /* Return the spanned pages */
5502         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5503 }
5504
5505 /*
5506  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5507  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5508  */
5509 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5510                                 unsigned long range_start_pfn,
5511                                 unsigned long range_end_pfn)
5512 {
5513         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5514         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5515         int i;
5516
5517         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5518                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5519                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5520                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5521         }
5522         return nr_absent;
5523 }
5524
5525 /**
5526  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5527  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5528  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5529  *
5530  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5531  */
5532 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5533                                                         unsigned long end_pfn)
5534 {
5535         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5536 }
5537
5538 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5539 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5540                                         unsigned long zone_type,
5541                                         unsigned long node_start_pfn,
5542                                         unsigned long node_end_pfn,
5543                                         unsigned long *ignored)
5544 {
5545         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5546         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5547         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5548         unsigned long nr_absent;
5549
5550         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5551         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5552                 return 0;
5553
5554         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5555         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5556
5557         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5558                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5559                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5560         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5561
5562         /*
5563          * ZONE_MOVABLE handling.
5564          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5565          * and vice versa.
5566          */
5567         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5568                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5569                 struct memblock_region *r;
5570
5571                 for_each_memblock(memory, r) {
5572                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5573                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5574                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5575                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5576
5577                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5578                             memblock_is_mirror(r))
5579                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5580
5581                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5582                             !memblock_is_mirror(r))
5583                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5584                 }
5585         }
5586
5587         return nr_absent;
5588 }
5589
5590 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5591 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5592                                         unsigned long zone_type,
5593                                         unsigned long node_start_pfn,
5594                                         unsigned long node_end_pfn,
5595                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5596                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5597                                         unsigned long *zones_size)
5598 {
5599         unsigned int zone;
5600
5601         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5602         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5603                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5604
5605         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5606
5607         return zones_size[zone_type];
5608 }
5609
5610 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5611                                                 unsigned long zone_type,
5612                                                 unsigned long node_start_pfn,
5613                                                 unsigned long node_end_pfn,
5614                                                 unsigned long *zholes_size)
5615 {
5616         if (!zholes_size)
5617                 return 0;
5618
5619         return zholes_size[zone_type];
5620 }
5621
5622 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5623
5624 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5625                                                 unsigned long node_start_pfn,
5626                                                 unsigned long node_end_pfn,
5627                                                 unsigned long *zones_size,
5628                                                 unsigned long *zholes_size)
5629 {
5630         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5631         enum zone_type i;
5632
5633         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5634                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5635                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5636                 unsigned long size, real_size;
5637
5638                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5639                                                   node_start_pfn,
5640                                                   node_end_pfn,
5641                                                   &zone_start_pfn,
5642                                                   &zone_end_pfn,
5643                                                   zones_size);
5644                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5645                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5646                                                   zholes_size);
5647                 if (size)
5648                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5649                 else
5650                         zone->zone_start_pfn = 0;
5651                 zone->spanned_pages = size;
5652                 zone->present_pages = real_size;
5653
5654                 totalpages += size;
5655                 realtotalpages += real_size;
5656         }
5657
5658         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5659         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5660         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5661                                                         realtotalpages);
5662 }
5663
5664 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5665 /*
5666  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5667  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5668  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5669  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5670  * bytes.
5671  */
5672 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5673 {
5674         unsigned long usemapsize;
5675
5676         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5677         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5678         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5679         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5680         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5681
5682         return usemapsize / 8;
5683 }
5684
5685 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5686                                 struct zone *zone,
5687                                 unsigned long zone_start_pfn,
5688                                 unsigned long zonesize)
5689 {
5690         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5691         zone->pageblock_flags = NULL;
5692         if (usemapsize)
5693                 zone->pageblock_flags =
5694                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5695                                                          pgdat->node_id);
5696 }
5697 #else
5698 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5699                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5700 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5701
5702 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5703
5704 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5705 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5706 {
5707         unsigned int order;
5708
5709         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5710         if (pageblock_order)
5711                 return;
5712
5713         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5714                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5715         else
5716                 order = MAX_ORDER - 1;
5717
5718         /*
5719          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5720          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5721          * powerpc.
5722          */
5723         pageblock_order = order;
5724 }
5725 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5726
5727 /*
5728  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5729  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5730  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5731  * the kernel config
5732  */
5733 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5734 {
5735 }
5736
5737 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5738
5739 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5740                                                    unsigned long present_pages)
5741 {
5742         unsigned long pages = spanned_pages;
5743
5744         /*
5745          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5746          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5747          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5748          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5749          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5750          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5751          */
5752         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5753             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5754                 pages = present_pages;
5755
5756         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5757 }
5758
5759 /*
5760  * Set up the zone data structures:
5761  *   - mark all pages reserved
5762  *   - mark all memory queues empty
5763  *   - clear the memory bitmaps
5764  *
5765  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5766  */
5767 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5768 {
5769         enum zone_type j;
5770         int nid = pgdat->node_id;
5771         int ret;
5772
5773         pgdat_resize_init(pgdat);
5774 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5775         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5776         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5777         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5778 #endif
5779 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5780         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5781         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5782         pgdat->split_queue_len = 0;
5783 #endif
5784         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5785         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5786 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5787         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5788 #endif
5789         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5790         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
5791         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
5792
5793         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5794                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5795                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5796                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5797
5798                 size = zone->spanned_pages;
5799                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5800
5801                 /*
5802                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5803                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5804                  * and per-cpu initialisations
5805                  */
5806                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5807                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5808                         if (freesize >= memmap_pages) {
5809                                 freesize -= memmap_pages;
5810                                 if (memmap_pages)
5811                                         printk(KERN_DEBUG
5812                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5813                                                zone_names[j], memmap_pages);
5814                         } else
5815                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5816                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5817                 }
5818
5819                 /* Account for reserved pages */
5820                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5821                         freesize -= dma_reserve;
5822                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5823                                         zone_names[0], dma_reserve);
5824                 }
5825
5826                 if (!is_highmem_idx(j))
5827                         nr_kernel_pages += freesize;
5828                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5829                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5830                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5831                 nr_all_pages += freesize;
5832
5833                 /*
5834                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5835                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5836                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5837                  */
5838                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5839 #ifdef CONFIG_NUMA
5840                 zone->node = nid;
5841 #endif
5842                 zone->name = zone_names[j];
5843                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5844                 spin_lock_init(&zone->lock);
5845                 zone_seqlock_init(zone);
5846                 zone_pcp_init(zone);
5847
5848                 if (!size)
5849                         continue;
5850
5851                 set_pageblock_order();
5852                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5853                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5854                 BUG_ON(ret);
5855                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5856         }
5857 }
5858
5859 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5860 {
5861         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5862         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5863
5864         /* Skip empty nodes */
5865         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5866                 return;
5867
5868 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5869         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5870         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5871         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5872         if (!pgdat->node_mem_map) {
5873                 unsigned long size, end;
5874                 struct page *map;
5875
5876                 /*
5877                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5878                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5879                  * for the buddy allocator to function correctly.
5880                  */
5881                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5882                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5883                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5884                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5885                 if (!map)
5886                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5887                                                                pgdat->node_id);
5888                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5889         }
5890 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5891         /*
5892          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5893          */
5894         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5895                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5896 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5897                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5898                         mem_map -= offset;
5899 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5900         }
5901 #endif
5902 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5903 }
5904
5905 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5906                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5907 {
5908         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5909         unsigned long start_pfn = 0;
5910         unsigned long end_pfn = 0;
5911
5912         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5913         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
5914
5915         reset_deferred_meminit(pgdat);
5916         pgdat->node_id = nid;
5917         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5918         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
5919 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5920         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5921         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5922                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5923                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5924 #else
5925         start_pfn = node_start_pfn;
5926 #endif
5927         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5928                                   zones_size, zholes_size);
5929
5930         alloc_node_mem_map(pgdat);
5931 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5932         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5933                 nid, (unsigned long)pgdat,
5934                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5935 #endif
5936
5937         free_area_init_core(pgdat);
5938 }
5939
5940 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5941
5942 #if MAX_NUMNODES > 1
5943 /*
5944  * Figure out the number of possible node ids.
5945  */
5946 void __init setup_nr_node_ids(void)
5947 {
5948         unsigned int highest;
5949
5950         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5951         nr_node_ids = highest + 1;
5952 }
5953 #endif
5954
5955 /**
5956  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5957  *
5958  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5959  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5960  * all the nodes.
5961  *
5962  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5963  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5964  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5965  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5966  *
5967  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5968  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5969  * populated node map.
5970  *
5971  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5972  * requirement (single node).
5973  */
5974 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5975 {
5976         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5977         unsigned long start, end, mask;
5978         int last_nid = -1;
5979         int i, nid;
5980
5981         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5982                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5983                         last_nid = nid;
5984                         last_end = end;
5985                         continue;
5986                 }
5987
5988                 /*
5989                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5990                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5991                  * too coarse to separate the current node from the last.
5992                  */
5993                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5994                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5995                         mask <<= 1;
5996
5997                 /* accumulate all internode masks */
5998                 accl_mask |= mask;
5999         }
6000
6001         /* convert mask to number of pages */
6002         return ~accl_mask + 1;
6003 }
6004
6005 /* Find the lowest pfn for a node */
6006 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6007 {
6008         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6009         unsigned long start_pfn;
6010         int i;
6011
6012         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6013                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6014
6015         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6016                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6017                 return 0;
6018         }
6019
6020         return min_pfn;
6021 }
6022
6023 /**
6024  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6025  *
6026  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6027  * memblock_set_node().
6028  */
6029 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6030 {
6031         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6032 }
6033
6034 /*
6035  * early_calculate_totalpages()
6036  * Sum pages in active regions for movable zone.
6037  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6038  */
6039 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6040 {
6041         unsigned long totalpages = 0;
6042         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6043         int i, nid;
6044
6045         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6046                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6047
6048                 totalpages += pages;
6049                 if (pages)
6050                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6051         }
6052         return totalpages;
6053 }
6054
6055 /*
6056  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6057  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6058  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6059  * others
6060  */
6061 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6062 {
6063         int i, nid;
6064         unsigned long usable_startpfn;
6065         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6066         /* save the state before borrow the nodemask */
6067         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6068         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6069         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6070         struct memblock_region *r;
6071
6072         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6073         find_usable_zone_for_movable();
6074
6075         /*
6076          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6077          * options.
6078          */
6079         if (movable_node_is_enabled()) {
6080                 for_each_memblock(memory, r) {
6081                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6082                                 continue;
6083
6084                         nid = r->nid;
6085
6086                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6087                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6088                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6089                                 usable_startpfn;
6090                 }
6091
6092                 goto out2;
6093         }
6094
6095         /*
6096          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6097          */
6098         if (mirrored_kernelcore) {
6099                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6100
6101                 for_each_memblock(memory, r) {
6102                         if (memblock_is_mirror(r))
6103                                 continue;
6104
6105                         nid = r->nid;
6106
6107                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6108
6109                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6110                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6111                                 continue;
6112                         }
6113
6114                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6115                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6116                                 usable_startpfn;
6117                 }
6118
6119                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6120                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6121
6122                 goto out2;
6123         }
6124
6125         /*
6126          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6127          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6128          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6129          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6130          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6131          * what movablecore would have allowed.
6132          */
6133         if (required_movablecore) {
6134                 unsigned long corepages;
6135
6136                 /*
6137                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6138                  * was requested by the user
6139                  */
6140                 required_movablecore =
6141                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6142                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6143                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6144
6145                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6146         }
6147
6148         /*
6149          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6150          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6151          */
6152         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6153                 goto out;
6154
6155         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6156         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6157
6158 restart:
6159         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6160         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6161         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6162                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6163
6164                 /*
6165                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6166                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6167                  * amount of memory for the kernel
6168                  */
6169                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6170                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6171
6172                 /*
6173                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6174                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6175                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6176                  */
6177                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6178
6179                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6180                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6181                         unsigned long size_pages;
6182
6183                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6184                         if (start_pfn >= end_pfn)
6185                                 continue;
6186
6187                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6188                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6189                                 unsigned long kernel_pages;
6190                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6191                                                                 - start_pfn;
6192
6193                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6194                                                         kernelcore_remaining);
6195                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6196                                                         required_kernelcore);
6197
6198                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6199                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6200
6201                                         /*
6202                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6203                                          * that if we have to rebalance
6204                                          * kernelcore across nodes, we will
6205                                          * not double account here
6206                                          */
6207                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6208                                         continue;
6209                                 }
6210                                 start_pfn = usable_startpfn;
6211                         }
6212
6213                         /*
6214                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6215                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6216                          * number of pages used as kernelcore
6217                          */
6218                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6219                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6220                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6221                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6222
6223                         /*
6224                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6225                          * break if the kernelcore for this node has been
6226                          * satisfied
6227                          */
6228                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6229                                                                 size_pages);
6230                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6231                         if (!kernelcore_remaining)
6232                                 break;
6233                 }
6234         }
6235
6236         /*
6237          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6238          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6239          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6240          * satisfied
6241          */
6242         usable_nodes--;
6243         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6244                 goto restart;
6245
6246 out2:
6247         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6248         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6249                 zone_movable_pfn[nid] =
6250                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6251
6252 out:
6253         /* restore the node_state */
6254         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6255 }
6256
6257 /* Any regular or high memory on that node ? */
6258 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6259 {
6260         enum zone_type zone_type;
6261
6262         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6263                 return;
6264
6265         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6266                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6267                 if (populated_zone(zone)) {
6268                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6269                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6270                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6271                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6272                         break;
6273                 }
6274         }
6275 }
6276
6277 /**
6278  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6279  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6280  *
6281  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6282  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6283  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6284  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6285  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6286  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6287  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6288  * at arch_max_dma_pfn.
6289  */
6290 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6291 {
6292         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6293         int i, nid;
6294
6295         /* Record where the zone boundaries are */
6296         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6297                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6298         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6299                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6300
6301         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6302
6303         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6304                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6305                         continue;
6306
6307                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6308                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6309                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6310
6311                 start_pfn = end_pfn;
6312         }
6313         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6314         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6315
6316         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6317         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6318         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6319
6320         /* Print out the zone ranges */
6321         pr_info("Zone ranges:\n");
6322         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6323                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6324                         continue;
6325                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6326                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6327                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6328                         pr_cont("empty\n");
6329                 else
6330                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6331                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6332                                         << PAGE_SHIFT,
6333                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6334                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6335         }
6336
6337         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6338         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6339         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6340                 if (zone_movable_pfn[i])
6341                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6342                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6343         }
6344
6345         /* Print out the early node map */
6346         pr_info("Early memory node ranges\n");
6347         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6348                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6349                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6350                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6351
6352         /* Initialise every node */
6353         mminit_verify_pageflags_layout();
6354         setup_nr_node_ids();
6355         for_each_online_node(nid) {
6356                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6357                 free_area_init_node(nid, NULL,
6358                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6359
6360                 /* Any memory on that node */
6361                 if (pgdat->node_present_pages)
6362                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6363                 check_for_memory(pgdat, nid);
6364         }
6365 }
6366
6367 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6368 {
6369         unsigned long long coremem;
6370         if (!p)
6371                 return -EINVAL;
6372
6373         coremem = memparse(p, &p);
6374         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6375
6376         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6377         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6378
6379         return 0;
6380 }
6381
6382 /*
6383  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6384  * cannot be reclaimed or migrated.
6385  */
6386 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6387 {
6388         /* parse kernelcore=mirror */
6389         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6390                 mirrored_kernelcore = true;
6391                 return 0;
6392         }
6393
6394         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6395 }
6396
6397 /*
6398  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6399  * can be reclaimed or migrated.
6400  */
6401 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6402 {
6403         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6404 }
6405
6406 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6407 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6408
6409 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6410
6411 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6412 {
6413         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6414         page_zone(page)->managed_pages += count;
6415         totalram_pages += count;
6416 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6417         if (PageHighMem(page))
6418                 totalhigh_pages += count;
6419 #endif
6420         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6421 }
6422 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6423
6424 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6425 {
6426         void *pos;
6427         unsigned long pages = 0;
6428
6429         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6430         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6431         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6432                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6433                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6434                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6435         }
6436
6437         if (pages && s)
6438                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6439                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6440
6441         return pages;
6442 }
6443 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6444
6445 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6446 void free_highmem_page(struct page *page)
6447 {
6448         __free_reserved_page(page);
6449         totalram_pages++;
6450         page_zone(page)->managed_pages++;
6451         totalhigh_pages++;
6452 }
6453 #endif
6454
6455
6456 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6457 {
6458         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6459         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6460
6461         physpages = get_num_physpages();
6462         codesize = _etext - _stext;
6463         datasize = _edata - _sdata;
6464         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6465         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6466         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6467         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6468
6469         /*
6470          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6471          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6472          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6473          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6474          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6475          */
6476 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6477         do { \
6478                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6479                         size -= adj; \
6480         } while (0)
6481
6482         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6483                      _sinittext, init_code_size);
6484         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6485         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6486         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6487         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6488
6489 #undef  adj_init_size
6490
6491         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6492 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6493                 ", %luK highmem"
6494 #endif
6495                 "%s%s)\n",
6496                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6497                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6498                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6499                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6500                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6501                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6502 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6503                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6504 #endif
6505                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6506 }
6507
6508 /**
6509  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6510  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6511  *
6512  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6513  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6514  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6515  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6516  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6517  * smaller per-cpu batchsize.
6518  */
6519 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6520 {
6521         dma_reserve = new_dma_reserve;
6522 }
6523
6524 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6525 {
6526         free_area_init_node(0, zones_size,
6527                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6528 }
6529
6530 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6531                                  unsigned long action, void *hcpu)
6532 {
6533         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6534
6535         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6536                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6537                 drain_pages(cpu);
6538
6539                 /*
6540                  * Spill the event counters of the dead processor
6541                  * into the current processors event counters.
6542                  * This artificially elevates the count of the current
6543                  * processor.
6544                  */
6545                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6546
6547                 /*
6548                  * Zero the differential counters of the dead processor
6549                  * so that the vm statistics are consistent.
6550                  *
6551                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6552                  * race with what we are doing.
6553                  */
6554                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6555         }
6556         return NOTIFY_OK;
6557 }
6558
6559 void __init page_alloc_init(void)
6560 {
6561         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6562 }
6563
6564 /*
6565  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6566  *      or min_free_kbytes changes.
6567  */
6568 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6569 {
6570         struct pglist_data *pgdat;
6571         unsigned long reserve_pages = 0;
6572         enum zone_type i, j;
6573
6574         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6575
6576                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6577
6578                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6579                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6580                         long max = 0;
6581
6582                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6583                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6584                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6585                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6586                         }
6587
6588                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6589                         max += high_wmark_pages(zone);
6590
6591                         if (max > zone->managed_pages)
6592                                 max = zone->managed_pages;
6593
6594                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6595
6596                         reserve_pages += max;
6597                 }
6598         }
6599         totalreserve_pages = reserve_pages;
6600 }
6601
6602 /*
6603  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6604  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6605  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6606  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6607  */
6608 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6609 {
6610         struct pglist_data *pgdat;
6611         enum zone_type j, idx;
6612
6613         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6614                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6615                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6616                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6617
6618                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6619
6620                         idx = j;
6621                         while (idx) {
6622                                 struct zone *lower_zone;
6623
6624                                 idx--;
6625
6626                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6627                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6628
6629                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6630                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6631                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6632                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6633                         }
6634                 }
6635         }
6636
6637         /* update totalreserve_pages */
6638         calculate_totalreserve_pages();
6639 }
6640
6641 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6642 {
6643         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6644         unsigned long lowmem_pages = 0;
6645         struct zone *zone;
6646         unsigned long flags;
6647
6648         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6649         for_each_zone(zone) {
6650                 if (!is_highmem(zone))
6651                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6652         }
6653
6654         for_each_zone(zone) {
6655                 u64 tmp;
6656
6657                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6658                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6659                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6660                 if (is_highmem(zone)) {
6661                         /*
6662                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6663                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6664                          * value here.
6665                          *
6666                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6667                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6668                          * not be capped for highmem.
6669                          */
6670                         unsigned long min_pages;
6671
6672                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6673                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6674                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6675                 } else {
6676                         /*
6677                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6678                          * proportionate to the zone's size.
6679                          */
6680                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6681                 }
6682
6683                 /*
6684                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6685                  * scale factor in proportion to available memory, but
6686                  * ensure a minimum size on small systems.
6687                  */
6688                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6689                             mult_frac(zone->managed_pages,
6690                                       watermark_scale_factor, 10000));
6691
6692                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6693                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6694
6695                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6696         }
6697
6698         /* update totalreserve_pages */
6699         calculate_totalreserve_pages();
6700 }
6701
6702 /**
6703  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6704  * or when memory is hot-{added|removed}
6705  *
6706  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6707  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6708  */
6709 void setup_per_zone_wmarks(void)
6710 {
6711         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6712         __setup_per_zone_wmarks();
6713         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6714 }
6715
6716 /*
6717  * Initialise min_free_kbytes.
6718  *
6719  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6720  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6721  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6722  *
6723  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6724  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6725  *
6726  * which yields
6727  *
6728  * 16MB:        512k
6729  * 32MB:        724k
6730  * 64MB:        1024k
6731  * 128MB:       1448k
6732  * 256MB:       2048k
6733  * 512MB:       2896k
6734  * 1024MB:      4096k
6735  * 2048MB:      5792k
6736  * 4096MB:      8192k
6737  * 8192MB:      11584k
6738  * 16384MB:     16384k
6739  */
6740 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6741 {
6742         unsigned long lowmem_kbytes;
6743         int new_min_free_kbytes;
6744
6745         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6746         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6747
6748         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6749                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6750                 if (min_free_kbytes < 128)
6751                         min_free_kbytes = 128;
6752                 if (min_free_kbytes > 65536)
6753                         min_free_kbytes = 65536;
6754         } else {
6755                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6756                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6757         }
6758         setup_per_zone_wmarks();
6759         refresh_zone_stat_thresholds();
6760         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6761
6762 #ifdef CONFIG_NUMA
6763         setup_min_unmapped_ratio();
6764         setup_min_slab_ratio();
6765 #endif
6766
6767         return 0;
6768 }
6769 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6770
6771 /*
6772  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6773  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6774  *      changes.
6775  */
6776 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6777         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6778 {
6779         int rc;
6780
6781         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6782         if (rc)
6783                 return rc;
6784
6785         if (write) {
6786                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6787                 setup_per_zone_wmarks();
6788         }
6789         return 0;
6790 }
6791
6792 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6793         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6794 {
6795         int rc;
6796
6797         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6798         if (rc)
6799                 return rc;
6800
6801         if (write)
6802                 setup_per_zone_wmarks();
6803
6804         return 0;
6805 }
6806
6807 #ifdef CONFIG_NUMA
6808 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6809 {
6810         pg_data_t *pgdat;
6811         struct zone *zone;
6812
6813         for_each_online_pgdat(pgdat)
6814                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6815
6816         for_each_zone(zone)
6817                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
6818                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6819 }
6820
6821
6822 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6823         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6824 {
6825         int rc;
6826
6827         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6828         if (rc)
6829                 return rc;
6830
6831         setup_min_unmapped_ratio();
6832
6833         return 0;
6834 }
6835
6836 static void setup_min_slab_ratio(void)
6837 {
6838         pg_data_t *pgdat;
6839         struct zone *zone;
6840
6841         for_each_online_pgdat(pgdat)
6842                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6843
6844         for_each_zone(zone)
6845                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
6846                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6847 }
6848
6849 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6850         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6851 {
6852         int rc;
6853
6854         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6855         if (rc)
6856                 return rc;
6857
6858         setup_min_slab_ratio();
6859
6860         return 0;
6861 }
6862 #endif
6863
6864 /*
6865  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6866  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6867  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6868  *
6869  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6870  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6871  * if in function of the boot time zone sizes.
6872  */
6873 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6874         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6875 {
6876         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6877         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6878         return 0;
6879 }
6880
6881 /*
6882  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6883  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6884  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6885  */
6886 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6887         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6888 {
6889         struct zone *zone;
6890         int old_percpu_pagelist_fraction;
6891         int ret;
6892
6893         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6894         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6895
6896         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6897         if (!write || ret < 0)
6898                 goto out;
6899
6900         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6901         if (percpu_pagelist_fraction &&
6902             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6903                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6904                 ret = -EINVAL;
6905                 goto out;
6906         }
6907
6908         /* No change? */
6909         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6910                 goto out;
6911
6912         for_each_populated_zone(zone) {
6913                 unsigned int cpu;
6914
6915                 for_each_possible_cpu(cpu)
6916                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6917                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6918         }
6919 out:
6920         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6921         return ret;
6922 }
6923
6924 #ifdef CONFIG_NUMA
6925 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6926
6927 static int __init set_hashdist(char *str)
6928 {
6929         if (!str)
6930                 return 0;
6931         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6932         return 1;
6933 }
6934 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6935 #endif
6936
6937 /*
6938  * allocate a large system hash table from bootmem
6939  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6940  *   quantity of entries
6941  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6942  */
6943 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6944                                      unsigned long bucketsize,
6945                                      unsigned long numentries,
6946                                      int scale,
6947                                      int flags,
6948                                      unsigned int *_hash_shift,
6949                                      unsigned int *_hash_mask,
6950                                      unsigned long low_limit,
6951                                      unsigned long high_limit)
6952 {
6953         unsigned long long max = high_limit;
6954         unsigned long log2qty, size;
6955         void *table = NULL;
6956
6957         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6958         if (!numentries) {
6959                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6960                 numentries = nr_kernel_pages;
6961
6962                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6963                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6964                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6965
6966                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6967                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6968                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6969                 else
6970                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6971
6972                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6973                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6974                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6975                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6976                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6977                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6978                                 BUG_ON(!numentries);
6979                         }
6980                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6981                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6982         }
6983         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6984
6985         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6986         if (max == 0) {
6987                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6988                 do_div(max, bucketsize);
6989         }
6990         max = min(max, 0x80000000ULL);
6991
6992         if (numentries < low_limit)
6993                 numentries = low_limit;
6994         if (numentries > max)
6995                 numentries = max;
6996
6997         log2qty = ilog2(numentries);
6998
6999         do {
7000                 size = bucketsize << log2qty;
7001                 if (flags & HASH_EARLY)
7002                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7003                 else if (hashdist)
7004                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7005                 else {
7006                         /*
7007                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7008                          * some pages at the end of hash table which
7009                          * alloc_pages_exact() automatically does
7010                          */
7011                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7012                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7013                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7014                         }
7015                 }
7016         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7017
7018         if (!table)
7019                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7020
7021         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7022                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7023
7024         if (_hash_shift)
7025                 *_hash_shift = log2qty;
7026         if (_hash_mask)
7027                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7028
7029         return table;
7030 }
7031
7032 /*
7033  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7034  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7035  *
7036  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7037  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7038  * expect this function should be exact.
7039  */
7040 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7041                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7042 {
7043         unsigned long pfn, iter, found;
7044         int mt;
7045
7046         /*
7047          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7048          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7049          */
7050         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7051                 return false;
7052         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7053         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7054                 return false;
7055
7056         pfn = page_to_pfn(page);
7057         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7058                 unsigned long check = pfn + iter;
7059
7060                 if (!pfn_valid_within(check))
7061                         continue;
7062
7063                 page = pfn_to_page(check);
7064
7065                 /*
7066                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7067                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7068                  * handle each tail page individually in migration.
7069                  */
7070                 if (PageHuge(page)) {
7071                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7072                         continue;
7073                 }
7074
7075                 /*
7076                  * We can't use page_count without pin a page
7077                  * because another CPU can free compound page.
7078                  * This check already skips compound tails of THP
7079                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7080                  */
7081                 if (!page_ref_count(page)) {
7082                         if (PageBuddy(page))
7083                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7084                         continue;
7085                 }
7086
7087                 /*
7088                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7089                  * page_count() is not 0.
7090                  */
7091                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7092                         continue;
7093
7094                 if (!PageLRU(page))
7095                         found++;
7096                 /*
7097                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7098                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7099                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7100                  */
7101                 /*
7102                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7103                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7104                  *
7105                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7106                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7107                  * page at boot.
7108                  */
7109                 if (found > count)
7110                         return true;
7111         }
7112         return false;
7113 }
7114
7115 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7116 {
7117         struct zone *zone;
7118         unsigned long pfn;
7119
7120         /*
7121          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7122          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7123          * the zone but still within the section.
7124          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7125          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7126          */
7127         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7128                 return false;
7129
7130         zone = page_zone(page);
7131         pfn = page_to_pfn(page);
7132         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7133                 return false;
7134
7135         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7136 }
7137
7138 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7139
7140 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7141 {
7142         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7143                              pageblock_nr_pages) - 1);
7144 }
7145
7146 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7147 {
7148         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7149                                 pageblock_nr_pages));
7150 }
7151
7152 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7153 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7154                                         unsigned long start, unsigned long end)
7155 {
7156         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7157         unsigned long nr_reclaimed;
7158         unsigned long pfn = start;
7159         unsigned int tries = 0;
7160         int ret = 0;
7161
7162         migrate_prep();
7163
7164         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7165                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7166                         ret = -EINTR;
7167                         break;
7168                 }
7169
7170                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7171                         cc->nr_migratepages = 0;
7172                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7173                         if (!pfn) {
7174                                 ret = -EINTR;
7175                                 break;
7176                         }
7177                         tries = 0;
7178                 } else if (++tries == 5) {
7179                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7180                         break;
7181                 }
7182
7183                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7184                                                         &cc->migratepages);
7185                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7186
7187                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7188                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7189         }
7190         if (ret < 0) {
7191                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7192                 return ret;
7193         }
7194         return 0;
7195 }
7196
7197 /**
7198  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7199  * @start:      start PFN to allocate
7200  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7201  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7202  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7203  *                      in range must have the same migratetype and it must
7204  *                      be either of the two.
7205  *
7206  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7207  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7208  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7209  * pages fall in.
7210  *
7211  * The PFN range must belong to a single zone.
7212  *
7213  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7214  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7215  * need to be freed with free_contig_range().
7216  */
7217 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7218                        unsigned migratetype)
7219 {
7220         unsigned long outer_start, outer_end;
7221         unsigned int order;
7222         int ret = 0;
7223
7224         struct compact_control cc = {
7225                 .nr_migratepages = 0,
7226                 .order = -1,
7227                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7228                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7229                 .ignore_skip_hint = true,
7230         };
7231         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7232
7233         /*
7234          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7235          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7236          * have different sizes, and due to the way page allocator
7237          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7238          * that page allocator won't try to merge buddies from
7239          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7240          * other migration type.
7241          *
7242          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7243          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7244          * we are interested in).  This will put all the pages in
7245          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7246          *
7247          * When this is done, we take the pages in range from page
7248          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7249          * page allocator will never consider using them.
7250          *
7251          * This lets us mark the pageblocks back as
7252          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7253          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7254          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7255          */
7256
7257         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7258                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7259                                        false);
7260         if (ret)
7261                 return ret;
7262
7263         /*
7264          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7265          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7266          */
7267         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7268         if (ret && ret != -EBUSY)
7269                 goto done;
7270
7271         /*
7272          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7273          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7274          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7275          * What we are going to do is to allocate all pages from
7276          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7277          *
7278          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7279          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7280          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7281          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7282          * once this is done free the pages we are not interested in.
7283          *
7284          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7285          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7286          */
7287
7288         lru_add_drain_all();
7289         drain_all_pages(cc.zone);
7290
7291         order = 0;
7292         outer_start = start;
7293         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7294                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7295                         outer_start = start;
7296                         break;
7297                 }
7298                 outer_start &= ~0UL << order;
7299         }
7300
7301         if (outer_start != start) {
7302                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7303
7304                 /*
7305                  * outer_start page could be small order buddy page and
7306                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7307                  * in this case to report failed page properly
7308                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7309                  */
7310                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7311                         outer_start = start;
7312         }
7313
7314         /* Make sure the range is really isolated. */
7315         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7316                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7317                         __func__, outer_start, end);
7318                 ret = -EBUSY;
7319                 goto done;
7320         }
7321
7322         /* Grab isolated pages from freelists. */
7323         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7324         if (!outer_end) {
7325                 ret = -EBUSY;
7326                 goto done;
7327         }
7328
7329         /* Free head and tail (if any) */
7330         if (start != outer_start)
7331                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7332         if (end != outer_end)
7333                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7334
7335 done:
7336         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7337                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7338         return ret;
7339 }
7340
7341 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7342 {
7343         unsigned int count = 0;
7344
7345         for (; nr_pages--; pfn++) {
7346                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7347
7348                 count += page_count(page) != 1;
7349                 __free_page(page);
7350         }
7351         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7352 }
7353 #endif
7354
7355 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7356 /*
7357  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7358  * page high values need to be recalulated.
7359  */
7360 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7361 {
7362         unsigned cpu;
7363         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7364         for_each_possible_cpu(cpu)
7365                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7366                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7367         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7368 }
7369 #endif
7370
7371 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7372 {
7373         unsigned long flags;
7374         int cpu;
7375         struct per_cpu_pageset *pset;
7376
7377         /* avoid races with drain_pages()  */
7378         local_irq_save(flags);
7379         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7380                 for_each_online_cpu(cpu) {
7381                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7382                         drain_zonestat(zone, pset);
7383                 }
7384                 free_percpu(zone->pageset);
7385                 zone->pageset = &boot_pageset;
7386         }
7387         local_irq_restore(flags);
7388 }
7389
7390 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7391 /*
7392  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7393  * before calling this.
7394  */
7395 void
7396 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7397 {
7398         struct page *page;
7399         struct zone *zone;
7400         unsigned int order, i;
7401         unsigned long pfn;
7402         unsigned long flags;
7403         /* find the first valid pfn */
7404         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7405                 if (pfn_valid(pfn))
7406                         break;
7407         if (pfn == end_pfn)
7408                 return;
7409         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7410         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7411         pfn = start_pfn;
7412         while (pfn < end_pfn) {
7413                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7414                         pfn++;
7415                         continue;
7416                 }
7417                 page = pfn_to_page(pfn);
7418                 /*
7419                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7420                  * page_count() is not 0.
7421                  */
7422                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7423                         pfn++;
7424                         SetPageReserved(page);
7425                         continue;
7426                 }
7427
7428                 BUG_ON(page_count(page));
7429                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7430                 order = page_order(page);
7431 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7432                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7433                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7434 #endif
7435                 list_del(&page->lru);
7436                 rmv_page_order(page);
7437                 zone->free_area[order].nr_free--;
7438                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7439                         SetPageReserved((page+i));
7440                 pfn += (1 << order);
7441         }
7442         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7443 }
7444 #endif
7445
7446 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7447 {
7448         struct zone *zone = page_zone(page);
7449         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7450         unsigned long flags;
7451         unsigned int order;
7452
7453         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7454         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7455                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7456
7457                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7458                         break;
7459         }
7460         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7461
7462         return order < MAX_ORDER;
7463 }