Merge tag 'devicetree-for-3.20' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[cascardo/linux.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/module.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/pagevec.h>
31 #include <linux/blkdev.h>
32 #include <linux/slab.h>
33 #include <linux/ratelimit.h>
34 #include <linux/oom.h>
35 #include <linux/notifier.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/stop_machine.h>
46 #include <linux/sort.h>
47 #include <linux/pfn.h>
48 #include <linux/backing-dev.h>
49 #include <linux/fault-inject.h>
50 #include <linux/page-isolation.h>
51 #include <linux/page_ext.h>
52 #include <linux/debugobjects.h>
53 #include <linux/kmemleak.h>
54 #include <linux/compaction.h>
55 #include <trace/events/kmem.h>
56 #include <linux/prefetch.h>
57 #include <linux/mm_inline.h>
58 #include <linux/migrate.h>
59 #include <linux/page_ext.h>
60 #include <linux/hugetlb.h>
61 #include <linux/sched/rt.h>
62 #include <linux/page_owner.h>
63
64 #include <asm/sections.h>
65 #include <asm/tlbflush.h>
66 #include <asm/div64.h>
67 #include "internal.h"
68
69 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
70 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
71 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
72
73 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
74 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
75 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
76 #endif
77
78 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
79 /*
80  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
81  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
82  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
83  * defined in <linux/topology.h>.
84  */
85 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
86 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
87 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
88 #endif
89
90 /*
91  * Array of node states.
92  */
93 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
94         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
95         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
96 #ifndef CONFIG_NUMA
97         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
98 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
99         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
100 #endif
101 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
102         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
103 #endif
104         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
105 #endif  /* NUMA */
106 };
107 EXPORT_SYMBOL(node_states);
108
109 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
110 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
111
112 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
113 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
114 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
115 /*
116  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
117  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
118  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
119  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
120  */
121 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
122
123 int percpu_pagelist_fraction;
124 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
125
126 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
127 /*
128  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
129  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
130  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
131  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
132  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
133  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
134  */
135
136 static gfp_t saved_gfp_mask;
137
138 void pm_restore_gfp_mask(void)
139 {
140         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
141         if (saved_gfp_mask) {
142                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
143                 saved_gfp_mask = 0;
144         }
145 }
146
147 void pm_restrict_gfp_mask(void)
148 {
149         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
150         WARN_ON(saved_gfp_mask);
151         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
152         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
153 }
154
155 bool pm_suspended_storage(void)
156 {
157         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
158                 return false;
159         return true;
160 }
161 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
162
163 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
164 int pageblock_order __read_mostly;
165 #endif
166
167 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
168
169 /*
170  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
171  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
172  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
173  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
174  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
175  *      HIGHMEM allocation will (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
176  *
177  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
178  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
179  */
180 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
181 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
182          256,
183 #endif
184 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
185          256,
186 #endif
187 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
188          32,
189 #endif
190          32,
191 };
192
193 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
194
195 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
196 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
197          "DMA",
198 #endif
199 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
200          "DMA32",
201 #endif
202          "Normal",
203 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
204          "HighMem",
205 #endif
206          "Movable",
207 };
208
209 int min_free_kbytes = 1024;
210 int user_min_free_kbytes = -1;
211
212 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
213 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
214 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
215
216 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
217 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
218 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
219 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
220 static unsigned long __initdata required_movablecore;
221 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
222
223 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
224 int movable_zone;
225 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
226 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
227
228 #if MAX_NUMNODES > 1
229 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
230 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
231 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
232 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
233 #endif
234
235 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
236
237 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
238 {
239         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
240                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
241                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
242
243         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
244                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
245 }
246
247 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
248 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
249 {
250         int ret = 0;
251         unsigned seq;
252         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
253         unsigned long sp, start_pfn;
254
255         do {
256                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
257                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
258                 sp = zone->spanned_pages;
259                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
260                         ret = 1;
261         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
262
263         if (ret)
264                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
265                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
266                         start_pfn, start_pfn + sp);
267
268         return ret;
269 }
270
271 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
272 {
273         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
274                 return 0;
275         if (zone != page_zone(page))
276                 return 0;
277
278         return 1;
279 }
280 /*
281  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
282  */
283 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
284 {
285         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
286                 return 1;
287         if (!page_is_consistent(zone, page))
288                 return 1;
289
290         return 0;
291 }
292 #else
293 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
294 {
295         return 0;
296 }
297 #endif
298
299 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
300                 unsigned long bad_flags)
301 {
302         static unsigned long resume;
303         static unsigned long nr_shown;
304         static unsigned long nr_unshown;
305
306         /* Don't complain about poisoned pages */
307         if (PageHWPoison(page)) {
308                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
309                 return;
310         }
311
312         /*
313          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
314          * or allow a steady drip of one report per second.
315          */
316         if (nr_shown == 60) {
317                 if (time_before(jiffies, resume)) {
318                         nr_unshown++;
319                         goto out;
320                 }
321                 if (nr_unshown) {
322                         printk(KERN_ALERT
323                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
324                                 nr_unshown);
325                         nr_unshown = 0;
326                 }
327                 nr_shown = 0;
328         }
329         if (nr_shown++ == 0)
330                 resume = jiffies + 60 * HZ;
331
332         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
333                 current->comm, page_to_pfn(page));
334         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
335
336         print_modules();
337         dump_stack();
338 out:
339         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
340         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
341         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
342 }
343
344 /*
345  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
346  *
347  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
348  *
349  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
350  *
351  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
352  * pointing at the head page.
353  *
354  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
355  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
356  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
357  */
358
359 static void free_compound_page(struct page *page)
360 {
361         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
362 }
363
364 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
365 {
366         int i;
367         int nr_pages = 1 << order;
368
369         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
370         set_compound_order(page, order);
371         __SetPageHead(page);
372         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
373                 struct page *p = page + i;
374                 set_page_count(p, 0);
375                 p->first_page = page;
376                 /* Make sure p->first_page is always valid for PageTail() */
377                 smp_wmb();
378                 __SetPageTail(p);
379         }
380 }
381
382 static inline void prep_zero_page(struct page *page, unsigned int order,
383                                                         gfp_t gfp_flags)
384 {
385         int i;
386
387         /*
388          * clear_highpage() will use KM_USER0, so it's a bug to use __GFP_ZERO
389          * and __GFP_HIGHMEM from hard or soft interrupt context.
390          */
391         VM_BUG_ON((gfp_flags & __GFP_HIGHMEM) && in_interrupt());
392         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
393                 clear_highpage(page + i);
394 }
395
396 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
397 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
398 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
399 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
400
401 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
402 {
403         if (!buf)
404                 return -EINVAL;
405
406         if (strcmp(buf, "on") == 0)
407                 _debug_pagealloc_enabled = true;
408
409         return 0;
410 }
411 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
412
413 static bool need_debug_guardpage(void)
414 {
415         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
416         if (!debug_pagealloc_enabled())
417                 return false;
418
419         return true;
420 }
421
422 static void init_debug_guardpage(void)
423 {
424         if (!debug_pagealloc_enabled())
425                 return;
426
427         _debug_guardpage_enabled = true;
428 }
429
430 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
431         .need = need_debug_guardpage,
432         .init = init_debug_guardpage,
433 };
434
435 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
436 {
437         unsigned long res;
438
439         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
440                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
441                 return 0;
442         }
443         _debug_guardpage_minorder = res;
444         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
445         return 0;
446 }
447 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
448
449 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
450                                 unsigned int order, int migratetype)
451 {
452         struct page_ext *page_ext;
453
454         if (!debug_guardpage_enabled())
455                 return;
456
457         page_ext = lookup_page_ext(page);
458         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
459
460         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
461         set_page_private(page, order);
462         /* Guard pages are not available for any usage */
463         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
464 }
465
466 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
467                                 unsigned int order, int migratetype)
468 {
469         struct page_ext *page_ext;
470
471         if (!debug_guardpage_enabled())
472                 return;
473
474         page_ext = lookup_page_ext(page);
475         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
476
477         set_page_private(page, 0);
478         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
479                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
480 }
481 #else
482 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
483 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
484                                 unsigned int order, int migratetype) {}
485 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
486                                 unsigned int order, int migratetype) {}
487 #endif
488
489 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
490 {
491         set_page_private(page, order);
492         __SetPageBuddy(page);
493 }
494
495 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
496 {
497         __ClearPageBuddy(page);
498         set_page_private(page, 0);
499 }
500
501 /*
502  * This function checks whether a page is free && is the buddy
503  * we can do coalesce a page and its buddy if
504  * (a) the buddy is not in a hole &&
505  * (b) the buddy is in the buddy system &&
506  * (c) a page and its buddy have the same order &&
507  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
508  *
509  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
510  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
511  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
512  * serialized by zone->lock.
513  *
514  * For recording page's order, we use page_private(page).
515  */
516 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
517                                                         unsigned int order)
518 {
519         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
520                 return 0;
521
522         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
523                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
524                         return 0;
525
526                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
527
528                 return 1;
529         }
530
531         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
532                 /*
533                  * zone check is done late to avoid uselessly
534                  * calculating zone/node ids for pages that could
535                  * never merge.
536                  */
537                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
538                         return 0;
539
540                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
541
542                 return 1;
543         }
544         return 0;
545 }
546
547 /*
548  * Freeing function for a buddy system allocator.
549  *
550  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
551  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
552  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
553  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
554  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
555  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
556  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
557  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
558  * parts of the VM system.
559  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
560  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
561  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
562  * field.
563  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
564  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
565  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
566  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
567  * triggers coalescing into a block of larger size.
568  *
569  * -- nyc
570  */
571
572 static inline void __free_one_page(struct page *page,
573                 unsigned long pfn,
574                 struct zone *zone, unsigned int order,
575                 int migratetype)
576 {
577         unsigned long page_idx;
578         unsigned long combined_idx;
579         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
580         struct page *buddy;
581         int max_order = MAX_ORDER;
582
583         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
584         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
585
586         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
587         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
588                 /*
589                  * We restrict max order of merging to prevent merge
590                  * between freepages on isolate pageblock and normal
591                  * pageblock. Without this, pageblock isolation
592                  * could cause incorrect freepage accounting.
593                  */
594                 max_order = min(MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
595         } else {
596                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
597         }
598
599         page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
600
601         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
602         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
603
604         while (order < max_order - 1) {
605                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
606                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
607                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
608                         break;
609                 /*
610                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
611                  * merge with it and move up one order.
612                  */
613                 if (page_is_guard(buddy)) {
614                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
615                 } else {
616                         list_del(&buddy->lru);
617                         zone->free_area[order].nr_free--;
618                         rmv_page_order(buddy);
619                 }
620                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
621                 page = page + (combined_idx - page_idx);
622                 page_idx = combined_idx;
623                 order++;
624         }
625         set_page_order(page, order);
626
627         /*
628          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
629          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
630          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
631          * that is happening, add the free page to the tail of the list
632          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
633          * as a higher order page
634          */
635         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
636                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
637                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
638                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
639                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
640                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
641                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
642                         list_add_tail(&page->lru,
643                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
644                         goto out;
645                 }
646         }
647
648         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
649 out:
650         zone->free_area[order].nr_free++;
651 }
652
653 static inline int free_pages_check(struct page *page)
654 {
655         const char *bad_reason = NULL;
656         unsigned long bad_flags = 0;
657
658         if (unlikely(page_mapcount(page)))
659                 bad_reason = "nonzero mapcount";
660         if (unlikely(page->mapping != NULL))
661                 bad_reason = "non-NULL mapping";
662         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
663                 bad_reason = "nonzero _count";
664         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
665                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
666                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
667         }
668 #ifdef CONFIG_MEMCG
669         if (unlikely(page->mem_cgroup))
670                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
671 #endif
672         if (unlikely(bad_reason)) {
673                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
674                 return 1;
675         }
676         page_cpupid_reset_last(page);
677         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
678                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
679         return 0;
680 }
681
682 /*
683  * Frees a number of pages from the PCP lists
684  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
685  * count is the number of pages to free.
686  *
687  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
688  * see if this freeing clears that state.
689  *
690  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
691  * pinned" detection logic.
692  */
693 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
694                                         struct per_cpu_pages *pcp)
695 {
696         int migratetype = 0;
697         int batch_free = 0;
698         int to_free = count;
699         unsigned long nr_scanned;
700
701         spin_lock(&zone->lock);
702         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
703         if (nr_scanned)
704                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
705
706         while (to_free) {
707                 struct page *page;
708                 struct list_head *list;
709
710                 /*
711                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
712                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
713                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
714                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
715                  * lists
716                  */
717                 do {
718                         batch_free++;
719                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
720                                 migratetype = 0;
721                         list = &pcp->lists[migratetype];
722                 } while (list_empty(list));
723
724                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
725                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
726                         batch_free = to_free;
727
728                 do {
729                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
730
731                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
732                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
733                         list_del(&page->lru);
734                         mt = get_freepage_migratetype(page);
735                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
736                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
737
738                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
739                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
740                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
741                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
742         }
743         spin_unlock(&zone->lock);
744 }
745
746 static void free_one_page(struct zone *zone,
747                                 struct page *page, unsigned long pfn,
748                                 unsigned int order,
749                                 int migratetype)
750 {
751         unsigned long nr_scanned;
752         spin_lock(&zone->lock);
753         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
754         if (nr_scanned)
755                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
756
757         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
758                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
759                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
760         }
761         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
762         spin_unlock(&zone->lock);
763 }
764
765 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
766 {
767         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM))
768                 return 0;
769         if (unlikely(!PageTail(page))) {
770                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
771                 return 1;
772         }
773         if (unlikely(page->first_page != head_page)) {
774                 bad_page(page, "first_page not consistent", 0);
775                 return 1;
776         }
777         return 0;
778 }
779
780 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
781 {
782         bool compound = PageCompound(page);
783         int i, bad = 0;
784
785         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
786         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
787
788         trace_mm_page_free(page, order);
789         kmemcheck_free_shadow(page, order);
790
791         if (PageAnon(page))
792                 page->mapping = NULL;
793         bad += free_pages_check(page);
794         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
795                 if (compound)
796                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
797                 bad += free_pages_check(page + i);
798         }
799         if (bad)
800                 return false;
801
802         reset_page_owner(page, order);
803
804         if (!PageHighMem(page)) {
805                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
806                                            PAGE_SIZE << order);
807                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
808                                            PAGE_SIZE << order);
809         }
810         arch_free_page(page, order);
811         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
812
813         return true;
814 }
815
816 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
817 {
818         unsigned long flags;
819         int migratetype;
820         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
821
822         if (!free_pages_prepare(page, order))
823                 return;
824
825         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
826         local_irq_save(flags);
827         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
828         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
829         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
830         local_irq_restore(flags);
831 }
832
833 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned int order)
834 {
835         unsigned int nr_pages = 1 << order;
836         struct page *p = page;
837         unsigned int loop;
838
839         prefetchw(p);
840         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
841                 prefetchw(p + 1);
842                 __ClearPageReserved(p);
843                 set_page_count(p, 0);
844         }
845         __ClearPageReserved(p);
846         set_page_count(p, 0);
847
848         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
849         set_page_refcounted(page);
850         __free_pages(page, order);
851 }
852
853 #ifdef CONFIG_CMA
854 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
855 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
856 {
857         unsigned i = pageblock_nr_pages;
858         struct page *p = page;
859
860         do {
861                 __ClearPageReserved(p);
862                 set_page_count(p, 0);
863         } while (++p, --i);
864
865         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
866
867         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
868                 i = pageblock_nr_pages;
869                 p = page;
870                 do {
871                         set_page_refcounted(p);
872                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
873                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
874                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
875         } else {
876                 set_page_refcounted(page);
877                 __free_pages(page, pageblock_order);
878         }
879
880         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
881 }
882 #endif
883
884 /*
885  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
886  * Please do not alter this order without good reasons and regression
887  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
888  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
889  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
890  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
891  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
892  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
893  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
894  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
895  *
896  * -- nyc
897  */
898 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
899         int low, int high, struct free_area *area,
900         int migratetype)
901 {
902         unsigned long size = 1 << high;
903
904         while (high > low) {
905                 area--;
906                 high--;
907                 size >>= 1;
908                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
909
910                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
911                         debug_guardpage_enabled() &&
912                         high < debug_guardpage_minorder()) {
913                         /*
914                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
915                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
916                          * Corresponding page table entries will not be touched,
917                          * pages will stay not present in virtual address space
918                          */
919                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
920                         continue;
921                 }
922                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
923                 area->nr_free++;
924                 set_page_order(&page[size], high);
925         }
926 }
927
928 /*
929  * This page is about to be returned from the page allocator
930  */
931 static inline int check_new_page(struct page *page)
932 {
933         const char *bad_reason = NULL;
934         unsigned long bad_flags = 0;
935
936         if (unlikely(page_mapcount(page)))
937                 bad_reason = "nonzero mapcount";
938         if (unlikely(page->mapping != NULL))
939                 bad_reason = "non-NULL mapping";
940         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
941                 bad_reason = "nonzero _count";
942         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
943                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
944                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
945         }
946 #ifdef CONFIG_MEMCG
947         if (unlikely(page->mem_cgroup))
948                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
949 #endif
950         if (unlikely(bad_reason)) {
951                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
952                 return 1;
953         }
954         return 0;
955 }
956
957 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
958                                                                 int alloc_flags)
959 {
960         int i;
961
962         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
963                 struct page *p = page + i;
964                 if (unlikely(check_new_page(p)))
965                         return 1;
966         }
967
968         set_page_private(page, 0);
969         set_page_refcounted(page);
970
971         arch_alloc_page(page, order);
972         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
973
974         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
975                 prep_zero_page(page, order, gfp_flags);
976
977         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
978                 prep_compound_page(page, order);
979
980         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
981
982         /*
983          * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
984          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
985          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
986          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
987          */
988         page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
989
990         return 0;
991 }
992
993 /*
994  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
995  * the smallest available page from the freelists
996  */
997 static inline
998 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
999                                                 int migratetype)
1000 {
1001         unsigned int current_order;
1002         struct free_area *area;
1003         struct page *page;
1004
1005         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1006         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1007                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1008                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1009                         continue;
1010
1011                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1012                                                         struct page, lru);
1013                 list_del(&page->lru);
1014                 rmv_page_order(page);
1015                 area->nr_free--;
1016                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1017                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1018                 return page;
1019         }
1020
1021         return NULL;
1022 }
1023
1024
1025 /*
1026  * This array describes the order lists are fallen back to when
1027  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1028  */
1029 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1030         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1031         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1032 #ifdef CONFIG_CMA
1033         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_CMA,         MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_RESERVE },
1034         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1035 #else
1036         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
1037 #endif
1038         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1039 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1040         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1041 #endif
1042 };
1043
1044 /*
1045  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1046  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1047  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1048  */
1049 int move_freepages(struct zone *zone,
1050                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1051                           int migratetype)
1052 {
1053         struct page *page;
1054         unsigned long order;
1055         int pages_moved = 0;
1056
1057 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1058         /*
1059          * page_zone is not safe to call in this context when
1060          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1061          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1062          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1063          * grouping pages by mobility
1064          */
1065         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1066 #endif
1067
1068         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1069                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1070                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1071
1072                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1073                         page++;
1074                         continue;
1075                 }
1076
1077                 if (!PageBuddy(page)) {
1078                         page++;
1079                         continue;
1080                 }
1081
1082                 order = page_order(page);
1083                 list_move(&page->lru,
1084                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1085                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1086                 page += 1 << order;
1087                 pages_moved += 1 << order;
1088         }
1089
1090         return pages_moved;
1091 }
1092
1093 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1094                                 int migratetype)
1095 {
1096         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1097         struct page *start_page, *end_page;
1098
1099         start_pfn = page_to_pfn(page);
1100         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1101         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1102         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1103         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1104
1105         /* Do not cross zone boundaries */
1106         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1107                 start_page = page;
1108         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1109                 return 0;
1110
1111         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1112 }
1113
1114 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1115                                         int start_order, int migratetype)
1116 {
1117         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1118
1119         while (nr_pageblocks--) {
1120                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1121                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1122         }
1123 }
1124
1125 /*
1126  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1127  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1128  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1129  *
1130  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1131  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1132  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1133  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1134  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1135  * pageblocks.
1136  *
1137  * If we claim more than half of the pageblock, change pageblock's migratetype
1138  * as well.
1139  */
1140 static void try_to_steal_freepages(struct zone *zone, struct page *page,
1141                                   int start_type, int fallback_type)
1142 {
1143         int current_order = page_order(page);
1144
1145         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1146         if (current_order >= pageblock_order) {
1147                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1148                 return;
1149         }
1150
1151         if (current_order >= pageblock_order / 2 ||
1152             start_type == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1153             start_type == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1154             page_group_by_mobility_disabled) {
1155                 int pages;
1156
1157                 pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1158
1159                 /* Claim the whole block if over half of it is free */
1160                 if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1161                                 page_group_by_mobility_disabled)
1162                         set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1163         }
1164 }
1165
1166 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1167 static inline struct page *
1168 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1169 {
1170         struct free_area *area;
1171         unsigned int current_order;
1172         struct page *page;
1173
1174         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1175         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1176                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1177                                 --current_order) {
1178                 int i;
1179                 for (i = 0;; i++) {
1180                         int migratetype = fallbacks[start_migratetype][i];
1181                         int buddy_type = start_migratetype;
1182
1183                         /* MIGRATE_RESERVE handled later if necessary */
1184                         if (migratetype == MIGRATE_RESERVE)
1185                                 break;
1186
1187                         area = &(zone->free_area[current_order]);
1188                         if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1189                                 continue;
1190
1191                         page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1192                                         struct page, lru);
1193                         area->nr_free--;
1194
1195                         if (!is_migrate_cma(migratetype)) {
1196                                 try_to_steal_freepages(zone, page,
1197                                                         start_migratetype,
1198                                                         migratetype);
1199                         } else {
1200                                 /*
1201                                  * When borrowing from MIGRATE_CMA, we need to
1202                                  * release the excess buddy pages to CMA
1203                                  * itself, and we do not try to steal extra
1204                                  * free pages.
1205                                  */
1206                                 buddy_type = migratetype;
1207                         }
1208
1209                         /* Remove the page from the freelists */
1210                         list_del(&page->lru);
1211                         rmv_page_order(page);
1212
1213                         expand(zone, page, order, current_order, area,
1214                                         buddy_type);
1215
1216                         /*
1217                          * The freepage_migratetype may differ from pageblock's
1218                          * migratetype depending on the decisions in
1219                          * try_to_steal_freepages(). This is OK as long as it
1220                          * does not differ for MIGRATE_CMA pageblocks. For CMA
1221                          * we need to make sure unallocated pages flushed from
1222                          * pcp lists are returned to the correct freelist.
1223                          */
1224                         set_freepage_migratetype(page, buddy_type);
1225
1226                         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1227                                 start_migratetype, migratetype);
1228
1229                         return page;
1230                 }
1231         }
1232
1233         return NULL;
1234 }
1235
1236 /*
1237  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1238  * Call me with the zone->lock already held.
1239  */
1240 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1241                                                 int migratetype)
1242 {
1243         struct page *page;
1244
1245 retry_reserve:
1246         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1247
1248         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1249                 page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1250
1251                 /*
1252                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1253                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1254                  * and we want just one call site
1255                  */
1256                 if (!page) {
1257                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1258                         goto retry_reserve;
1259                 }
1260         }
1261
1262         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1263         return page;
1264 }
1265
1266 /*
1267  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1268  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1269  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1270  */
1271 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1272                         unsigned long count, struct list_head *list,
1273                         int migratetype, bool cold)
1274 {
1275         int i;
1276
1277         spin_lock(&zone->lock);
1278         for (i = 0; i < count; ++i) {
1279                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1280                 if (unlikely(page == NULL))
1281                         break;
1282
1283                 /*
1284                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1285                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1286                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1287                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1288                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1289                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1290                  * properly.
1291                  */
1292                 if (likely(!cold))
1293                         list_add(&page->lru, list);
1294                 else
1295                         list_add_tail(&page->lru, list);
1296                 list = &page->lru;
1297                 if (is_migrate_cma(get_freepage_migratetype(page)))
1298                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1299                                               -(1 << order));
1300         }
1301         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1302         spin_unlock(&zone->lock);
1303         return i;
1304 }
1305
1306 #ifdef CONFIG_NUMA
1307 /*
1308  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1309  * currently executing processor on remote nodes after they have
1310  * expired.
1311  *
1312  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1313  * a single processor.
1314  */
1315 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1316 {
1317         unsigned long flags;
1318         int to_drain, batch;
1319
1320         local_irq_save(flags);
1321         batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
1322         to_drain = min(pcp->count, batch);
1323         if (to_drain > 0) {
1324                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1325                 pcp->count -= to_drain;
1326         }
1327         local_irq_restore(flags);
1328 }
1329 #endif
1330
1331 /*
1332  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1333  *
1334  * The processor must either be the current processor and the
1335  * thread pinned to the current processor or a processor that
1336  * is not online.
1337  */
1338 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1339 {
1340         unsigned long flags;
1341         struct per_cpu_pageset *pset;
1342         struct per_cpu_pages *pcp;
1343
1344         local_irq_save(flags);
1345         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1346
1347         pcp = &pset->pcp;
1348         if (pcp->count) {
1349                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1350                 pcp->count = 0;
1351         }
1352         local_irq_restore(flags);
1353 }
1354
1355 /*
1356  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1357  *
1358  * The processor must either be the current processor and the
1359  * thread pinned to the current processor or a processor that
1360  * is not online.
1361  */
1362 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1363 {
1364         struct zone *zone;
1365
1366         for_each_populated_zone(zone) {
1367                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1368         }
1369 }
1370
1371 /*
1372  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1373  *
1374  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1375  * the single zone's pages.
1376  */
1377 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1378 {
1379         int cpu = smp_processor_id();
1380
1381         if (zone)
1382                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1383         else
1384                 drain_pages(cpu);
1385 }
1386
1387 /*
1388  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1389  *
1390  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1391  *
1392  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1393  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1394  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1395  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1396  * before the call to on_each_cpu_mask().
1397  */
1398 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1399 {
1400         int cpu;
1401
1402         /*
1403          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1404          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1405          */
1406         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1407
1408         /*
1409          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1410          * as offline notification will cause the notified
1411          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1412          * disables preemption as part of its processing
1413          */
1414         for_each_online_cpu(cpu) {
1415                 struct per_cpu_pageset *pcp;
1416                 struct zone *z;
1417                 bool has_pcps = false;
1418
1419                 if (zone) {
1420                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1421                         if (pcp->pcp.count)
1422                                 has_pcps = true;
1423                 } else {
1424                         for_each_populated_zone(z) {
1425                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
1426                                 if (pcp->pcp.count) {
1427                                         has_pcps = true;
1428                                         break;
1429                                 }
1430                         }
1431                 }
1432
1433                 if (has_pcps)
1434                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1435                 else
1436                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1437         }
1438         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
1439                                                                 zone, 1);
1440 }
1441
1442 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1443
1444 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1445 {
1446         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1447         unsigned long flags;
1448         unsigned int order, t;
1449         struct list_head *curr;
1450
1451         if (zone_is_empty(zone))
1452                 return;
1453
1454         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1455
1456         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1457         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1458                 if (pfn_valid(pfn)) {
1459                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1460
1461                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1462                                 swsusp_unset_page_free(page);
1463                 }
1464
1465         for_each_migratetype_order(order, t) {
1466                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1467                         unsigned long i;
1468
1469                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1470                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1471                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1472                 }
1473         }
1474         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1475 }
1476 #endif /* CONFIG_PM */
1477
1478 /*
1479  * Free a 0-order page
1480  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
1481  */
1482 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
1483 {
1484         struct zone *zone = page_zone(page);
1485         struct per_cpu_pages *pcp;
1486         unsigned long flags;
1487         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1488         int migratetype;
1489
1490         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1491                 return;
1492
1493         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1494         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1495         local_irq_save(flags);
1496         __count_vm_event(PGFREE);
1497
1498         /*
1499          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1500          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1501          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1502          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1503          * excessively into the page allocator
1504          */
1505         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1506                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1507                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
1508                         goto out;
1509                 }
1510                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1511         }
1512
1513         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1514         if (!cold)
1515                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1516         else
1517                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1518         pcp->count++;
1519         if (pcp->count >= pcp->high) {
1520                 unsigned long batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
1521                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
1522                 pcp->count -= batch;
1523         }
1524
1525 out:
1526         local_irq_restore(flags);
1527 }
1528
1529 /*
1530  * Free a list of 0-order pages
1531  */
1532 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
1533 {
1534         struct page *page, *next;
1535
1536         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1537                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1538                 free_hot_cold_page(page, cold);
1539         }
1540 }
1541
1542 /*
1543  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1544  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1545  * Each sub-page must be freed individually.
1546  *
1547  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1548  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1549  */
1550 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1551 {
1552         int i;
1553
1554         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
1555         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1556
1557 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1558         /*
1559          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1560          * otherwise free the whole shadow.
1561          */
1562         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1563                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1564 #endif
1565
1566         set_page_owner(page, 0, 0);
1567         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1568                 set_page_refcounted(page + i);
1569                 set_page_owner(page + i, 0, 0);
1570         }
1571 }
1572 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1573
1574 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1575 {
1576         unsigned long watermark;
1577         struct zone *zone;
1578         int mt;
1579
1580         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1581
1582         zone = page_zone(page);
1583         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1584
1585         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1586                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1587                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1588                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1589                         return 0;
1590
1591                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1592         }
1593
1594         /* Remove page from free list */
1595         list_del(&page->lru);
1596         zone->free_area[order].nr_free--;
1597         rmv_page_order(page);
1598
1599         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
1600         if (order >= pageblock_order - 1) {
1601                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
1602                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
1603                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
1604                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
1605                                 set_pageblock_migratetype(page,
1606                                                           MIGRATE_MOVABLE);
1607                 }
1608         }
1609
1610         set_page_owner(page, order, 0);
1611         return 1UL << order;
1612 }
1613
1614 /*
1615  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
1616  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
1617  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
1618  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
1619  * are enabled.
1620  *
1621  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1622  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1623  */
1624 int split_free_page(struct page *page)
1625 {
1626         unsigned int order;
1627         int nr_pages;
1628
1629         order = page_order(page);
1630
1631         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
1632         if (!nr_pages)
1633                 return 0;
1634
1635         /* Split into individual pages */
1636         set_page_refcounted(page);
1637         split_page(page, order);
1638         return nr_pages;
1639 }
1640
1641 /*
1642  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
1643  */
1644 static inline
1645 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
1646                         struct zone *zone, unsigned int order,
1647                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
1648 {
1649         unsigned long flags;
1650         struct page *page;
1651         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
1652
1653         if (likely(order == 0)) {
1654                 struct per_cpu_pages *pcp;
1655                 struct list_head *list;
1656
1657                 local_irq_save(flags);
1658                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1659                 list = &pcp->lists[migratetype];
1660                 if (list_empty(list)) {
1661                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
1662                                         pcp->batch, list,
1663                                         migratetype, cold);
1664                         if (unlikely(list_empty(list)))
1665                                 goto failed;
1666                 }
1667
1668                 if (cold)
1669                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
1670                 else
1671                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
1672
1673                 list_del(&page->lru);
1674                 pcp->count--;
1675         } else {
1676                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
1677                         /*
1678                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
1679                          *
1680                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
1681                          * properly detect and handle allocation failures.
1682                          *
1683                          * We most definitely don't want callers attempting to
1684                          * allocate greater than order-1 page units with
1685                          * __GFP_NOFAIL.
1686                          */
1687                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
1688                 }
1689                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1690                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1691                 spin_unlock(&zone->lock);
1692                 if (!page)
1693                         goto failed;
1694                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1695                                           get_freepage_migratetype(page));
1696         }
1697
1698         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
1699         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
1700             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
1701                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
1702
1703         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
1704         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
1705         local_irq_restore(flags);
1706
1707         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1708         return page;
1709
1710 failed:
1711         local_irq_restore(flags);
1712         return NULL;
1713 }
1714
1715 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
1716
1717 static struct {
1718         struct fault_attr attr;
1719
1720         u32 ignore_gfp_highmem;
1721         u32 ignore_gfp_wait;
1722         u32 min_order;
1723 } fail_page_alloc = {
1724         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
1725         .ignore_gfp_wait = 1,
1726         .ignore_gfp_highmem = 1,
1727         .min_order = 1,
1728 };
1729
1730 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
1731 {
1732         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
1733 }
1734 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
1735
1736 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1737 {
1738         if (order < fail_page_alloc.min_order)
1739                 return false;
1740         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
1741                 return false;
1742         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
1743                 return false;
1744         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
1745                 return false;
1746
1747         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
1748 }
1749
1750 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
1751
1752 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
1753 {
1754         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
1755         struct dentry *dir;
1756
1757         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
1758                                         &fail_page_alloc.attr);
1759         if (IS_ERR(dir))
1760                 return PTR_ERR(dir);
1761
1762         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
1763                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
1764                 goto fail;
1765         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
1766                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
1767                 goto fail;
1768         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
1769                                 &fail_page_alloc.min_order))
1770                 goto fail;
1771
1772         return 0;
1773 fail:
1774         debugfs_remove_recursive(dir);
1775
1776         return -ENOMEM;
1777 }
1778
1779 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
1780
1781 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
1782
1783 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1784
1785 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1786 {
1787         return false;
1788 }
1789
1790 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1791
1792 /*
1793  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
1794  * of the allocation.
1795  */
1796 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
1797                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
1798                         long free_pages)
1799 {
1800         /* free_pages may go negative - that's OK */
1801         long min = mark;
1802         int o;
1803         long free_cma = 0;
1804
1805         free_pages -= (1 << order) - 1;
1806         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
1807                 min -= min / 2;
1808         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
1809                 min -= min / 4;
1810 #ifdef CONFIG_CMA
1811         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
1812         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
1813                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
1814 #endif
1815
1816         if (free_pages - free_cma <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
1817                 return false;
1818         for (o = 0; o < order; o++) {
1819                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
1820                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
1821
1822                 /* Require fewer higher order pages to be free */
1823                 min >>= 1;
1824
1825                 if (free_pages <= min)
1826                         return false;
1827         }
1828         return true;
1829 }
1830
1831 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
1832                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1833 {
1834         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1835                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
1836 }
1837
1838 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
1839                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags)
1840 {
1841         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
1842
1843         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
1844                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
1845
1846         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1847                                                                 free_pages);
1848 }
1849
1850 #ifdef CONFIG_NUMA
1851 /*
1852  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
1853  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
1854  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
1855  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
1856  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
1857  *
1858  * If the zonelist cache is present in the passed zonelist, then
1859  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
1860  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
1861  *
1862  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
1863  * nothing and returns NULL.
1864  *
1865  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
1866  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
1867  *
1868  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
1869  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
1870  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
1871  * quickly as we can.
1872  */
1873 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1874 {
1875         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1876         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
1877
1878         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1879         if (!zlc)
1880                 return NULL;
1881
1882         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
1883                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1884                 zlc->last_full_zap = jiffies;
1885         }
1886
1887         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
1888                                         &cpuset_current_mems_allowed :
1889                                         &node_states[N_MEMORY];
1890         return allowednodes;
1891 }
1892
1893 /*
1894  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
1895  * if it is worth looking at further for free memory:
1896  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
1897  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
1898  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
1899  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
1900  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
1901  * else return false (zero) if it is not.
1902  *
1903  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
1904  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
1905  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
1906  * be considered full for up to one second by all requests, unless
1907  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
1908  * into the second scan of the zonelist.
1909  *
1910  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
1911  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
1912  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
1913  * unturned looking for a free page.
1914  */
1915 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1916                                                 nodemask_t *allowednodes)
1917 {
1918         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1919         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1920         int n;                          /* node that zone *z is on */
1921
1922         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1923         if (!zlc)
1924                 return 1;
1925
1926         i = z - zonelist->_zonerefs;
1927         n = zlc->z_to_n[i];
1928
1929         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
1930         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
1931 }
1932
1933 /*
1934  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
1935  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
1936  * from that zone don't waste time re-examining it.
1937  */
1938 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1939 {
1940         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1941         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1942
1943         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1944         if (!zlc)
1945                 return;
1946
1947         i = z - zonelist->_zonerefs;
1948
1949         set_bit(i, zlc->fullzones);
1950 }
1951
1952 /*
1953  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
1954  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
1955  */
1956 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1957 {
1958         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1959
1960         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1961         if (!zlc)
1962                 return;
1963
1964         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1965 }
1966
1967 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1968 {
1969         return local_zone->node == zone->node;
1970 }
1971
1972 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1973 {
1974         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
1975                                 RECLAIM_DISTANCE;
1976 }
1977
1978 #else   /* CONFIG_NUMA */
1979
1980 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1981 {
1982         return NULL;
1983 }
1984
1985 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1986                                 nodemask_t *allowednodes)
1987 {
1988         return 1;
1989 }
1990
1991 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1992 {
1993 }
1994
1995 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1996 {
1997 }
1998
1999 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2000 {
2001         return true;
2002 }
2003
2004 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2005 {
2006         return true;
2007 }
2008
2009 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2010
2011 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2012 {
2013         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2014
2015         do {
2016                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2017                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2018                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2019                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2020         } while (zone++ != preferred_zone);
2021 }
2022
2023 /*
2024  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2025  * a page.
2026  */
2027 static struct page *
2028 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2029                                                 const struct alloc_context *ac)
2030 {
2031         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2032         struct zoneref *z;
2033         struct page *page = NULL;
2034         struct zone *zone;
2035         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
2036         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
2037         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
2038         bool consider_zone_dirty = (alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
2039                                 (gfp_mask & __GFP_WRITE);
2040         int nr_fair_skipped = 0;
2041         bool zonelist_rescan;
2042
2043 zonelist_scan:
2044         zonelist_rescan = false;
2045
2046         /*
2047          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2048          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2049          */
2050         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2051                                                                 ac->nodemask) {
2052                 unsigned long mark;
2053
2054                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2055                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2056                                 continue;
2057                 if (cpusets_enabled() &&
2058                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2059                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2060                                 continue;
2061                 /*
2062                  * Distribute pages in proportion to the individual
2063                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2064                  * page was allocated in should have no effect on the
2065                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2066                  */
2067                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2068                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2069                                 break;
2070                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2071                                 nr_fair_skipped++;
2072                                 continue;
2073                         }
2074                 }
2075                 /*
2076                  * When allocating a page cache page for writing, we
2077                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2078                  * limit, such that no single zone holds more than its
2079                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2080                  * The dirty limits take into account the zone's
2081                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2082                  * should be able to balance it without having to
2083                  * write pages from its LRU list.
2084                  *
2085                  * This may look like it could increase pressure on
2086                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2087                  * before they are full.  But the pages that do spill
2088                  * over are limited as the lower zones are protected
2089                  * by this very same mechanism.  It should not become
2090                  * a practical burden to them.
2091                  *
2092                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2093                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2094                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
2095                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2096                  * zones are together not big enough to reach the
2097                  * global limit.  The proper fix for these situations
2098                  * will require awareness of zones in the
2099                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2100                  */
2101                 if (consider_zone_dirty && !zone_dirty_ok(zone))
2102                         continue;
2103
2104                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2105                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2106                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2107                         int ret;
2108
2109                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2110                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2111                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2112                                 goto try_this_zone;
2113
2114                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2115                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
2116                                 /*
2117                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
2118                                  * and before considering the first zone allowed
2119                                  * by the cpuset.
2120                                  */
2121                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
2122                                 zlc_active = 1;
2123                                 did_zlc_setup = 1;
2124                         }
2125
2126                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2127                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2128                                 goto this_zone_full;
2129
2130                         /*
2131                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
2132                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
2133                          */
2134                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2135                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2136                                 continue;
2137
2138                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2139                         switch (ret) {
2140                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2141                                 /* did not scan */
2142                                 continue;
2143                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2144                                 /* scanned but unreclaimable */
2145                                 continue;
2146                         default:
2147                                 /* did we reclaim enough */
2148                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2149                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2150                                         goto try_this_zone;
2151
2152                                 /*
2153                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
2154                                  * Only mark the zone full if checking the min
2155                                  * watermark or if we failed to reclaim just
2156                                  * 1<<order pages or else the page allocator
2157                                  * fastpath will prematurely mark zones full
2158                                  * when the watermark is between the low and
2159                                  * min watermarks.
2160                                  */
2161                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
2162                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
2163                                         goto this_zone_full;
2164
2165                                 continue;
2166                         }
2167                 }
2168
2169 try_this_zone:
2170                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2171                                                 gfp_mask, ac->migratetype);
2172                 if (page) {
2173                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2174                                 goto try_this_zone;
2175                         return page;
2176                 }
2177 this_zone_full:
2178                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)
2179                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
2180         }
2181
2182         /*
2183          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2184          * local node.  However, the local node might have free pages left
2185          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2186          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2187          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2188          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2189          */
2190         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2191                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2192                 if (nr_fair_skipped) {
2193                         zonelist_rescan = true;
2194                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2195                 }
2196                 if (nr_online_nodes > 1)
2197                         zonelist_rescan = true;
2198         }
2199
2200         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)) {
2201                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
2202                 zlc_active = 0;
2203                 zonelist_rescan = true;
2204         }
2205
2206         if (zonelist_rescan)
2207                 goto zonelist_scan;
2208
2209         return NULL;
2210 }
2211
2212 /*
2213  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2214  * meminfo in irq context.
2215  */
2216 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2217 {
2218         bool ret = false;
2219
2220 #if NODES_SHIFT > 8
2221         ret = in_interrupt();
2222 #endif
2223         return ret;
2224 }
2225
2226 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2227                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2228                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2229
2230 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2231 {
2232         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2233
2234         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2235             debug_guardpage_minorder() > 0)
2236                 return;
2237
2238         /*
2239          * This documents exceptions given to allocations in certain
2240          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2241          * of allowed nodes.
2242          */
2243         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2244                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2245                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2246                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2247         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2248                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2249
2250         if (fmt) {
2251                 struct va_format vaf;
2252                 va_list args;
2253
2254                 va_start(args, fmt);
2255
2256                 vaf.fmt = fmt;
2257                 vaf.va = &args;
2258
2259                 pr_warn("%pV", &vaf);
2260
2261                 va_end(args);
2262         }
2263
2264         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2265                 current->comm, order, gfp_mask);
2266
2267         dump_stack();
2268         if (!should_suppress_show_mem())
2269                 show_mem(filter);
2270 }
2271
2272 static inline int
2273 should_alloc_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2274                                 unsigned long did_some_progress,
2275                                 unsigned long pages_reclaimed)
2276 {
2277         /* Do not loop if specifically requested */
2278         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
2279                 return 0;
2280
2281         /* Always retry if specifically requested */
2282         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2283                 return 1;
2284
2285         /*
2286          * Suspend converts GFP_KERNEL to __GFP_WAIT which can prevent reclaim
2287          * making forward progress without invoking OOM. Suspend also disables
2288          * storage devices so kswapd will not help. Bail if we are suspending.
2289          */
2290         if (!did_some_progress && pm_suspended_storage())
2291                 return 0;
2292
2293         /*
2294          * In this implementation, order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER
2295          * means __GFP_NOFAIL, but that may not be true in other
2296          * implementations.
2297          */
2298         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2299                 return 1;
2300
2301         /*
2302          * For order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, if __GFP_REPEAT is
2303          * specified, then we retry until we no longer reclaim any pages
2304          * (above), or we've reclaimed an order of pages at least as
2305          * large as the allocation's order. In both cases, if the
2306          * allocation still fails, we stop retrying.
2307          */
2308         if (gfp_mask & __GFP_REPEAT && pages_reclaimed < (1 << order))
2309                 return 1;
2310
2311         return 0;
2312 }
2313
2314 static inline struct page *
2315 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2316         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2317 {
2318         struct page *page;
2319
2320         *did_some_progress = 0;
2321
2322         /*
2323          * Acquire the per-zone oom lock for each zone.  If that
2324          * fails, somebody else is making progress for us.
2325          */
2326         if (!oom_zonelist_trylock(ac->zonelist, gfp_mask)) {
2327                 *did_some_progress = 1;
2328                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2329                 return NULL;
2330         }
2331
2332         /*
2333          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2334          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2335          * we're still under heavy pressure.
2336          */
2337         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2338                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2339         if (page)
2340                 goto out;
2341
2342         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2343                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2344                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2345                         goto out;
2346                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2347                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2348                         goto out;
2349                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2350                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2351                         goto out;
2352                 /* The OOM killer does not compensate for light reclaim */
2353                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
2354                         goto out;
2355                 /*
2356                  * GFP_THISNODE contains __GFP_NORETRY and we never hit this.
2357                  * Sanity check for bare calls of __GFP_THISNODE, not real OOM.
2358                  * The caller should handle page allocation failure by itself if
2359                  * it specifies __GFP_THISNODE.
2360                  * Note: Hugepage uses it but will hit PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER.
2361                  */
2362                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2363                         goto out;
2364         }
2365         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2366         if (out_of_memory(ac->zonelist, gfp_mask, order, ac->nodemask, false))
2367                 *did_some_progress = 1;
2368 out:
2369         oom_zonelist_unlock(ac->zonelist, gfp_mask);
2370         return page;
2371 }
2372
2373 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2374 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2375 static struct page *
2376 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2377                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2378                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2379                 bool *deferred_compaction)
2380 {
2381         unsigned long compact_result;
2382         struct page *page;
2383
2384         if (!order)
2385                 return NULL;
2386
2387         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2388         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2389                                                 mode, contended_compaction);
2390         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2391
2392         switch (compact_result) {
2393         case COMPACT_DEFERRED:
2394                 *deferred_compaction = true;
2395                 /* fall-through */
2396         case COMPACT_SKIPPED:
2397                 return NULL;
2398         default:
2399                 break;
2400         }
2401
2402         /*
2403          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2404          * count a compaction stall
2405          */
2406         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2407
2408         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2409                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2410
2411         if (page) {
2412                 struct zone *zone = page_zone(page);
2413
2414                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2415                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2416                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2417                 return page;
2418         }
2419
2420         /*
2421          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2422          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2423          */
2424         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2425
2426         cond_resched();
2427
2428         return NULL;
2429 }
2430 #else
2431 static inline struct page *
2432 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2433                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2434                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2435                 bool *deferred_compaction)
2436 {
2437         return NULL;
2438 }
2439 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2440
2441 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2442 static int
2443 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2444                                         const struct alloc_context *ac)
2445 {
2446         struct reclaim_state reclaim_state;
2447         int progress;
2448
2449         cond_resched();
2450
2451         /* We now go into synchronous reclaim */
2452         cpuset_memory_pressure_bump();
2453         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2454         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2455         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2456         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2457
2458         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2459                                                                 ac->nodemask);
2460
2461         current->reclaim_state = NULL;
2462         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2463         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2464
2465         cond_resched();
2466
2467         return progress;
2468 }
2469
2470 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2471 static inline struct page *
2472 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2473                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2474                 unsigned long *did_some_progress)
2475 {
2476         struct page *page = NULL;
2477         bool drained = false;
2478
2479         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2480         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2481                 return NULL;
2482
2483         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2484         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2485                 zlc_clear_zones_full(ac->zonelist);
2486
2487 retry:
2488         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2489                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2490
2491         /*
2492          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2493          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2494          */
2495         if (!page && !drained) {
2496                 drain_all_pages(NULL);
2497                 drained = true;
2498                 goto retry;
2499         }
2500
2501         return page;
2502 }
2503
2504 /*
2505  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2506  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2507  */
2508 static inline struct page *
2509 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2510                                 const struct alloc_context *ac)
2511 {
2512         struct page *page;
2513
2514         do {
2515                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2516                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2517
2518                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2519                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2520                                                                         HZ/50);
2521         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2522
2523         return page;
2524 }
2525
2526 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2527 {
2528         struct zoneref *z;
2529         struct zone *zone;
2530
2531         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2532                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2533                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2534 }
2535
2536 static inline int
2537 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2538 {
2539         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2540         const bool atomic = !(gfp_mask & (__GFP_WAIT | __GFP_NO_KSWAPD));
2541
2542         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2543         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2544
2545         /*
2546          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2547          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2548          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2549          * set both ALLOC_HARDER (atomic == true) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2550          */
2551         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2552
2553         if (atomic) {
2554                 /*
2555                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2556                  * if it can't schedule.
2557                  */
2558                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2559                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2560                 /*
2561                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2562                  * comment for __cpuset_node_allowed().
2563                  */
2564                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2565         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2566                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2567
2568         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2569                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2570                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2571                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2572                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2573                 else if (!in_interrupt() &&
2574                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2575                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2576                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2577         }
2578 #ifdef CONFIG_CMA
2579         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2580                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2581 #endif
2582         return alloc_flags;
2583 }
2584
2585 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2586 {
2587         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2588 }
2589
2590 static inline struct page *
2591 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2592                                                 struct alloc_context *ac)
2593 {
2594         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2595         struct page *page = NULL;
2596         int alloc_flags;
2597         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2598         unsigned long did_some_progress;
2599         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
2600         bool deferred_compaction = false;
2601         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
2602
2603         /*
2604          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2605          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2606          * be using allocators in order of preference for an area that is
2607          * too large.
2608          */
2609         if (order >= MAX_ORDER) {
2610                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2611                 return NULL;
2612         }
2613
2614         /*
2615          * GFP_THISNODE (meaning __GFP_THISNODE, __GFP_NORETRY and
2616          * __GFP_NOWARN set) should not cause reclaim since the subsystem
2617          * (f.e. slab) using GFP_THISNODE may choose to trigger reclaim
2618          * using a larger set of nodes after it has established that the
2619          * allowed per node queues are empty and that nodes are
2620          * over allocated.
2621          */
2622         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2623             (gfp_mask & GFP_THISNODE) == GFP_THISNODE)
2624                 goto nopage;
2625
2626 retry:
2627         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2628                 wake_all_kswapds(order, ac);
2629
2630         /*
2631          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2632          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2633          * to how we want to proceed.
2634          */
2635         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2636
2637         /*
2638          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2639          * cpusets.
2640          */
2641         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
2642                 struct zoneref *preferred_zoneref;
2643                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
2644                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
2645                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
2646         }
2647
2648         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
2649         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2650                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2651         if (page)
2652                 goto got_pg;
2653
2654         /* Allocate without watermarks if the context allows */
2655         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
2656                 /*
2657                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
2658                  * the allocation is high priority and these type of
2659                  * allocations are system rather than user orientated
2660                  */
2661                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
2662
2663                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
2664
2665                 if (page) {
2666                         goto got_pg;
2667                 }
2668         }
2669
2670         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
2671         if (!wait) {
2672                 /*
2673                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
2674                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
2675                  * type of allocation to fail.
2676                  */
2677                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
2678                 goto nopage;
2679         }
2680
2681         /* Avoid recursion of direct reclaim */
2682         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
2683                 goto nopage;
2684
2685         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
2686         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2687                 goto nopage;
2688
2689         /*
2690          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
2691          * attempts after direct reclaim are synchronous
2692          */
2693         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2694                                         migration_mode,
2695                                         &contended_compaction,
2696                                         &deferred_compaction);
2697         if (page)
2698                 goto got_pg;
2699
2700         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
2701         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) == GFP_TRANSHUGE) {
2702                 /*
2703                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
2704                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
2705                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
2706                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
2707                  * instead of entering direct reclaim.
2708                  */
2709                 if (deferred_compaction)
2710                         goto nopage;
2711
2712                 /*
2713                  * In all zones where compaction was attempted (and not
2714                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
2715                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
2716                  * so we fallback to base pages instead.
2717                  */
2718                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
2719                         goto nopage;
2720
2721                 /*
2722                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
2723                  * want to further increase allocation latency, unless it is
2724                  * khugepaged trying to collapse.
2725                  */
2726                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
2727                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
2728                         goto nopage;
2729         }
2730
2731         /*
2732          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
2733          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
2734          * khugepaged trying to collapse.
2735          */
2736         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) != GFP_TRANSHUGE ||
2737                                                 (current->flags & PF_KTHREAD))
2738                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
2739
2740         /* Try direct reclaim and then allocating */
2741         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2742                                                         &did_some_progress);
2743         if (page)
2744                 goto got_pg;
2745
2746         /* Check if we should retry the allocation */
2747         pages_reclaimed += did_some_progress;
2748         if (should_alloc_retry(gfp_mask, order, did_some_progress,
2749                                                 pages_reclaimed)) {
2750                 /*
2751                  * If we fail to make progress by freeing individual
2752                  * pages, but the allocation wants us to keep going,
2753                  * start OOM killing tasks.
2754                  */
2755                 if (!did_some_progress) {
2756                         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac,
2757                                                         &did_some_progress);
2758                         if (page)
2759                                 goto got_pg;
2760                         if (!did_some_progress)
2761                                 goto nopage;
2762                 }
2763                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
2764                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2765                 goto retry;
2766         } else {
2767                 /*
2768                  * High-order allocations do not necessarily loop after
2769                  * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
2770                  * being called after reclaim so call directly if necessary
2771                  */
2772                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
2773                                         alloc_flags, ac, migration_mode,
2774                                         &contended_compaction,
2775                                         &deferred_compaction);
2776                 if (page)
2777                         goto got_pg;
2778         }
2779
2780 nopage:
2781         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
2782 got_pg:
2783         return page;
2784 }
2785
2786 /*
2787  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
2788  */
2789 struct page *
2790 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2791                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
2792 {
2793         struct zoneref *preferred_zoneref;
2794         struct page *page = NULL;
2795         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2796         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
2797         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
2798         struct alloc_context ac = {
2799                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
2800                 .nodemask = nodemask,
2801                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
2802         };
2803
2804         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
2805
2806         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
2807
2808         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
2809
2810         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
2811                 return NULL;
2812
2813         /*
2814          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
2815          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
2816          * of GFP_THISNODE and a memoryless node
2817          */
2818         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
2819                 return NULL;
2820
2821         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2822                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2823
2824 retry_cpuset:
2825         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
2826
2827         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
2828         ac.zonelist = zonelist;
2829         /* The preferred zone is used for statistics later */
2830         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
2831                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
2832                                 &ac.preferred_zone);
2833         if (!ac.preferred_zone)
2834                 goto out;
2835         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
2836
2837         /* First allocation attempt */
2838         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
2839         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
2840         if (unlikely(!page)) {
2841                 /*
2842                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
2843                  * can deadlock because I/O on the device might not
2844                  * complete.
2845                  */
2846                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
2847
2848                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
2849         }
2850
2851         if (kmemcheck_enabled && page)
2852                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
2853
2854         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
2855
2856 out:
2857         /*
2858          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
2859          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
2860          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
2861          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
2862          */
2863         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
2864                 goto retry_cpuset;
2865
2866         return page;
2867 }
2868 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
2869
2870 /*
2871  * Common helper functions.
2872  */
2873 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2874 {
2875         struct page *page;
2876
2877         /*
2878          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
2879          * a highmem page
2880          */
2881         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
2882
2883         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2884         if (!page)
2885                 return 0;
2886         return (unsigned long) page_address(page);
2887 }
2888 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
2889
2890 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
2891 {
2892         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
2893 }
2894 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
2895
2896 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
2897 {
2898         if (put_page_testzero(page)) {
2899                 if (order == 0)
2900                         free_hot_cold_page(page, false);
2901                 else
2902                         __free_pages_ok(page, order);
2903         }
2904 }
2905
2906 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
2907
2908 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2909 {
2910         if (addr != 0) {
2911                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2912                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2913         }
2914 }
2915
2916 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
2917
2918 /*
2919  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
2920  * of the current memory cgroup.
2921  *
2922  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
2923  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
2924  */
2925 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2926 {
2927         struct page *page;
2928         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2929
2930         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2931                 return NULL;
2932         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2933         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2934         return page;
2935 }
2936
2937 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2938 {
2939         struct page *page;
2940         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2941
2942         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2943                 return NULL;
2944         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
2945         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2946         return page;
2947 }
2948
2949 /*
2950  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
2951  * alloc_kmem_pages.
2952  */
2953 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
2954 {
2955         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
2956         __free_pages(page, order);
2957 }
2958
2959 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2960 {
2961         if (addr != 0) {
2962                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2963                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2964         }
2965 }
2966
2967 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
2968 {
2969         if (addr) {
2970                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
2971                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
2972
2973                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
2974                 while (used < alloc_end) {
2975                         free_page(used);
2976                         used += PAGE_SIZE;
2977                 }
2978         }
2979         return (void *)addr;
2980 }
2981
2982 /**
2983  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
2984  * @size: the number of bytes to allocate
2985  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
2986  *
2987  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
2988  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
2989  * allocate memory in power-of-two pages.
2990  *
2991  * This function is also limited by MAX_ORDER.
2992  *
2993  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
2994  */
2995 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
2996 {
2997         unsigned int order = get_order(size);
2998         unsigned long addr;
2999
3000         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3001         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3002 }
3003 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3004
3005 /**
3006  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3007  *                         pages on a node.
3008  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3009  * @size: the number of bytes to allocate
3010  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3011  *
3012  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3013  * back.
3014  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
3015  * but is not exact.
3016  */
3017 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3018 {
3019         unsigned order = get_order(size);
3020         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3021         if (!p)
3022                 return NULL;
3023         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3024 }
3025
3026 /**
3027  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3028  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3029  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3030  *
3031  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3032  */
3033 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3034 {
3035         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3036         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3037
3038         while (addr < end) {
3039                 free_page(addr);
3040                 addr += PAGE_SIZE;
3041         }
3042 }
3043 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3044
3045 /**
3046  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3047  * @offset: The zone index of the highest zone
3048  *
3049  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3050  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3051  * zone, the number of pages is calculated as:
3052  *     managed_pages - high_pages
3053  */
3054 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3055 {
3056         struct zoneref *z;
3057         struct zone *zone;
3058
3059         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3060         unsigned long sum = 0;
3061
3062         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3063
3064         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3065                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3066                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3067                 if (size > high)
3068                         sum += size - high;
3069         }
3070
3071         return sum;
3072 }
3073
3074 /**
3075  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3076  *
3077  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3078  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3079  */
3080 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3081 {
3082         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3083 }
3084 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3085
3086 /**
3087  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3088  *
3089  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3090  * high watermark within all zones.
3091  */
3092 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3093 {
3094         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3095 }
3096
3097 static inline void show_node(struct zone *zone)
3098 {
3099         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3100                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3101 }
3102
3103 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3104 {
3105         val->totalram = totalram_pages;
3106         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3107         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3108         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3109         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3110         val->freehigh = nr_free_highpages();
3111         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3112 }
3113
3114 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3115
3116 #ifdef CONFIG_NUMA
3117 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3118 {
3119         int zone_type;          /* needs to be signed */
3120         unsigned long managed_pages = 0;
3121         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3122
3123         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3124                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3125         val->totalram = managed_pages;
3126         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3127         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3128 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3129         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3130         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3131                         NR_FREE_PAGES);
3132 #else
3133         val->totalhigh = 0;
3134         val->freehigh = 0;
3135 #endif
3136         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3137 }
3138 #endif
3139
3140 /*
3141  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3142  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3143  */
3144 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3145 {
3146         bool ret = false;
3147         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3148
3149         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3150                 goto out;
3151
3152         do {
3153                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3154                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3155         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3156 out:
3157         return ret;
3158 }
3159
3160 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3161
3162 static void show_migration_types(unsigned char type)
3163 {
3164         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3165                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3166                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3167                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3168                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
3169 #ifdef CONFIG_CMA
3170                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3171 #endif
3172 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3173                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3174 #endif
3175         };
3176         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3177         char *p = tmp;
3178         int i;
3179
3180         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3181                 if (type & (1 << i))
3182                         *p++ = types[i];
3183         }
3184
3185         *p = '\0';
3186         printk("(%s) ", tmp);
3187 }
3188
3189 /*
3190  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3191  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3192  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3193  * Suppresses nodes that are not allowed by current's cpuset if
3194  * SHOW_MEM_FILTER_NODES is passed.
3195  */
3196 void show_free_areas(unsigned int filter)
3197 {
3198         int cpu;
3199         struct zone *zone;
3200
3201         for_each_populated_zone(zone) {
3202                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3203                         continue;
3204                 show_node(zone);
3205                 printk("%s per-cpu:\n", zone->name);
3206
3207                 for_each_online_cpu(cpu) {
3208                         struct per_cpu_pageset *pageset;
3209
3210                         pageset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3211
3212                         printk("CPU %4d: hi:%5d, btch:%4d usd:%4d\n",
3213                                cpu, pageset->pcp.high,
3214                                pageset->pcp.batch, pageset->pcp.count);
3215                 }
3216         }
3217
3218         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3219                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3220                 " unevictable:%lu"
3221                 " dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3222                 " free:%lu slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3223                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3224                 " free_cma:%lu\n",
3225                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3226                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3227                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3228                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3229                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3230                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3231                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3232                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3233                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3234                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3235                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3236                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3237                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3238                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3239                 global_page_state(NR_SHMEM),
3240                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3241                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3242                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3243
3244         for_each_populated_zone(zone) {
3245                 int i;
3246
3247                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3248                         continue;
3249                 show_node(zone);
3250                 printk("%s"
3251                         " free:%lukB"
3252                         " min:%lukB"
3253                         " low:%lukB"
3254                         " high:%lukB"
3255                         " active_anon:%lukB"
3256                         " inactive_anon:%lukB"
3257                         " active_file:%lukB"
3258                         " inactive_file:%lukB"
3259                         " unevictable:%lukB"
3260                         " isolated(anon):%lukB"
3261                         " isolated(file):%lukB"
3262                         " present:%lukB"
3263                         " managed:%lukB"
3264                         " mlocked:%lukB"
3265                         " dirty:%lukB"
3266                         " writeback:%lukB"
3267                         " mapped:%lukB"
3268                         " shmem:%lukB"
3269                         " slab_reclaimable:%lukB"
3270                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3271                         " kernel_stack:%lukB"
3272                         " pagetables:%lukB"
3273                         " unstable:%lukB"
3274                         " bounce:%lukB"
3275                         " free_cma:%lukB"
3276                         " writeback_tmp:%lukB"
3277                         " pages_scanned:%lu"
3278                         " all_unreclaimable? %s"
3279                         "\n",
3280                         zone->name,
3281                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3282                         K(min_wmark_pages(zone)),
3283                         K(low_wmark_pages(zone)),
3284                         K(high_wmark_pages(zone)),
3285                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3286                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3287                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3288                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3289                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3290                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3291                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3292                         K(zone->present_pages),
3293                         K(zone->managed_pages),
3294                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3295                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3296                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3297                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3298                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3299                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3300                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3301                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3302                                 THREAD_SIZE / 1024,
3303                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3304                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3305                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3306                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3307                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3308                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3309                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3310                         );
3311                 printk("lowmem_reserve[]:");
3312                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3313                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3314                 printk("\n");
3315         }
3316
3317         for_each_populated_zone(zone) {
3318                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3319                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3320
3321                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3322                         continue;
3323                 show_node(zone);
3324                 printk("%s: ", zone->name);
3325
3326                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3327                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3328                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3329                         int type;
3330
3331                         nr[order] = area->nr_free;
3332                         total += nr[order] << order;
3333
3334                         types[order] = 0;
3335                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3336                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3337                                         types[order] |= 1 << type;
3338                         }
3339                 }
3340                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3341                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3342                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3343                         if (nr[order])
3344                                 show_migration_types(types[order]);
3345                 }
3346                 printk("= %lukB\n", K(total));
3347         }
3348
3349         hugetlb_show_meminfo();
3350
3351         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3352
3353         show_swap_cache_info();
3354 }
3355
3356 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3357 {
3358         zoneref->zone = zone;
3359         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3360 }
3361
3362 /*
3363  * Builds allocation fallback zone lists.
3364  *
3365  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3366  */
3367 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3368                                 int nr_zones)
3369 {
3370         struct zone *zone;
3371         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3372
3373         do {
3374                 zone_type--;
3375                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3376                 if (populated_zone(zone)) {
3377                         zoneref_set_zone(zone,
3378                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3379                         check_highest_zone(zone_type);
3380                 }
3381         } while (zone_type);
3382
3383         return nr_zones;
3384 }
3385
3386
3387 /*
3388  *  zonelist_order:
3389  *  0 = automatic detection of better ordering.
3390  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3391  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3392  *
3393  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3394  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3395  */
3396 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3397 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3398 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3399
3400 /* zonelist order in the kernel.
3401  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3402  */
3403 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3404 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3405
3406
3407 #ifdef CONFIG_NUMA
3408 /* The value user specified ....changed by config */
3409 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3410 /* string for sysctl */
3411 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3412 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3413
3414 /*
3415  * interface for configure zonelist ordering.
3416  * command line option "numa_zonelist_order"
3417  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3418  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3419  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3420  */
3421
3422 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3423 {
3424         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3425                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3426         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3427                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3428         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3429                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3430         } else {
3431                 printk(KERN_WARNING
3432                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3433                         "%s\n", s);
3434                 return -EINVAL;
3435         }
3436         return 0;
3437 }
3438
3439 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3440 {
3441         int ret;
3442
3443         if (!s)
3444                 return 0;
3445
3446         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3447         if (ret == 0)
3448                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3449
3450         return ret;
3451 }
3452 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3453
3454 /*
3455  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3456  */
3457 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3458                 void __user *buffer, size_t *length,
3459                 loff_t *ppos)
3460 {
3461         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3462         int ret;
3463         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3464
3465         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3466         if (write) {
3467                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3468                         ret = -EINVAL;
3469                         goto out;
3470                 }
3471                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3472         }
3473         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3474         if (ret)
3475                 goto out;
3476         if (write) {
3477                 int oldval = user_zonelist_order;
3478
3479                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
3480                 if (ret) {
3481                         /*
3482                          * bogus value.  restore saved string
3483                          */
3484                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
3485                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3486                         user_zonelist_order = oldval;
3487                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3488                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3489                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3490                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3491                 }
3492         }
3493 out:
3494         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3495         return ret;
3496 }
3497
3498
3499 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3500 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3501
3502 /**
3503  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3504  * @node: node whose fallback list we're appending
3505  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3506  *
3507  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3508  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3509  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3510  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3511  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3512  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3513  * on them otherwise.
3514  * It returns -1 if no node is found.
3515  */
3516 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3517 {
3518         int n, val;
3519         int min_val = INT_MAX;
3520         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3521         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3522
3523         /* Use the local node if we haven't already */
3524         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3525                 node_set(node, *used_node_mask);
3526                 return node;
3527         }
3528
3529         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3530
3531                 /* Don't want a node to appear more than once */
3532                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3533                         continue;
3534
3535                 /* Use the distance array to find the distance */
3536                 val = node_distance(node, n);
3537
3538                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
3539                 val += (n < node);
3540
3541                 /* Give preference to headless and unused nodes */
3542                 tmp = cpumask_of_node(n);
3543                 if (!cpumask_empty(tmp))
3544                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
3545
3546                 /* Slight preference for less loaded node */
3547                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
3548                 val += node_load[n];
3549
3550                 if (val < min_val) {
3551                         min_val = val;
3552                         best_node = n;
3553                 }
3554         }
3555
3556         if (best_node >= 0)
3557                 node_set(best_node, *used_node_mask);
3558
3559         return best_node;
3560 }
3561
3562
3563 /*
3564  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
3565  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
3566  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
3567  */
3568 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
3569 {
3570         int j;
3571         struct zonelist *zonelist;
3572
3573         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3574         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
3575                 ;
3576         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3577         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3578         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3579 }
3580
3581 /*
3582  * Build gfp_thisnode zonelists
3583  */
3584 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3585 {
3586         int j;
3587         struct zonelist *zonelist;
3588
3589         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
3590         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
3591         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3592         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3593 }
3594
3595 /*
3596  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
3597  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
3598  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
3599  * may still exist in local DMA zone.
3600  */
3601 static int node_order[MAX_NUMNODES];
3602
3603 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
3604 {
3605         int pos, j, node;
3606         int zone_type;          /* needs to be signed */
3607         struct zone *z;
3608         struct zonelist *zonelist;
3609
3610         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3611         pos = 0;
3612         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
3613                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
3614                         node = node_order[j];
3615                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
3616                         if (populated_zone(z)) {
3617                                 zoneref_set_zone(z,
3618                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
3619                                 check_highest_zone(zone_type);
3620                         }
3621                 }
3622         }
3623         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
3624         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
3625 }
3626
3627 #if defined(CONFIG_64BIT)
3628 /*
3629  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
3630  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
3631  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
3632  */
3633 static int default_zonelist_order(void)
3634 {
3635         return ZONELIST_ORDER_NODE;
3636 }
3637 #else
3638 /*
3639  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
3640  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
3641  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
3642  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
3643  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
3644  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
3645  */
3646 static int default_zonelist_order(void)
3647 {
3648         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
3649 }
3650 #endif /* CONFIG_64BIT */
3651
3652 static void set_zonelist_order(void)
3653 {
3654         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
3655                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
3656         else
3657                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
3658 }
3659
3660 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3661 {
3662         int j, node, load;
3663         enum zone_type i;
3664         nodemask_t used_mask;
3665         int local_node, prev_node;
3666         struct zonelist *zonelist;
3667         int order = current_zonelist_order;
3668
3669         /* initialize zonelists */
3670         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
3671                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
3672                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
3673                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
3674         }
3675
3676         /* NUMA-aware ordering of nodes */
3677         local_node = pgdat->node_id;
3678         load = nr_online_nodes;
3679         prev_node = local_node;
3680         nodes_clear(used_mask);
3681
3682         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
3683         j = 0;
3684
3685         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
3686                 /*
3687                  * We don't want to pressure a particular node.
3688                  * So adding penalty to the first node in same
3689                  * distance group to make it round-robin.
3690                  */
3691                 if (node_distance(local_node, node) !=
3692                     node_distance(local_node, prev_node))
3693                         node_load[node] = load;
3694
3695                 prev_node = node;
3696                 load--;
3697                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
3698                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
3699                 else
3700                         node_order[j++] = node; /* remember order */
3701         }
3702
3703         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
3704                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
3705                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
3706         }
3707
3708         build_thisnode_zonelists(pgdat);
3709 }
3710
3711 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
3712 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3713 {
3714         struct zonelist *zonelist;
3715         struct zonelist_cache *zlc;
3716         struct zoneref *z;
3717
3718         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3719         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
3720         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
3721         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
3722                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
3723 }
3724
3725 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3726 /*
3727  * Return node id of node used for "local" allocations.
3728  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
3729  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
3730  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
3731  */
3732 int local_memory_node(int node)
3733 {
3734         struct zone *zone;
3735
3736         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
3737                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
3738                                    NULL,
3739                                    &zone);
3740         return zone->node;
3741 }
3742 #endif
3743
3744 #else   /* CONFIG_NUMA */
3745
3746 static void set_zonelist_order(void)
3747 {
3748         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3749 }
3750
3751 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3752 {
3753         int node, local_node;
3754         enum zone_type j;
3755         struct zonelist *zonelist;
3756
3757         local_node = pgdat->node_id;
3758
3759         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3760         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
3761
3762         /*
3763          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
3764          * of all the other nodes.
3765          * We don't want to pressure a particular node, so when
3766          * building the zones for node N, we make sure that the
3767          * zones coming right after the local ones are those from
3768          * node N+1 (modulo N)
3769          */
3770         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
3771                 if (!node_online(node))
3772                         continue;
3773                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3774         }
3775         for (node = 0; node < local_node; node++) {
3776                 if (!node_online(node))
3777                         continue;
3778                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3779         }
3780
3781         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3782         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3783 }
3784
3785 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
3786 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3787 {
3788         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
3789 }
3790
3791 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3792
3793 /*
3794  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
3795  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
3796  * that an item put on a list will immediately be handed over to
3797  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
3798  * with interrupts disabled.
3799  *
3800  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
3801  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
3802  * hotplugged processors.
3803  *
3804  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
3805  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
3806  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
3807  */
3808 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
3809 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
3810 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
3811
3812 /*
3813  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
3814  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
3815  */
3816 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
3817
3818 /* return values int ....just for stop_machine() */
3819 static int __build_all_zonelists(void *data)
3820 {
3821         int nid;
3822         int cpu;
3823         pg_data_t *self = data;
3824
3825 #ifdef CONFIG_NUMA
3826         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
3827 #endif
3828
3829         if (self && !node_online(self->node_id)) {
3830                 build_zonelists(self);
3831                 build_zonelist_cache(self);
3832         }
3833
3834         for_each_online_node(nid) {
3835                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3836
3837                 build_zonelists(pgdat);
3838                 build_zonelist_cache(pgdat);
3839         }
3840
3841         /*
3842          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
3843          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
3844          * each zone will be allocated later when the per cpu
3845          * allocator is available.
3846          *
3847          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
3848          * cpus if the system is already booted because the pagesets
3849          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
3850          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
3851          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
3852          * (a chicken-egg dilemma).
3853          */
3854         for_each_possible_cpu(cpu) {
3855                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
3856
3857 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3858                 /*
3859                  * We now know the "local memory node" for each node--
3860                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
3861                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
3862                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
3863                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
3864                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
3865                  */
3866                 if (cpu_online(cpu))
3867                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
3868 #endif
3869         }
3870
3871         return 0;
3872 }
3873
3874 /*
3875  * Called with zonelists_mutex held always
3876  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
3877  */
3878 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
3879 {
3880         set_zonelist_order();
3881
3882         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
3883                 __build_all_zonelists(NULL);
3884                 mminit_verify_zonelist();
3885                 cpuset_init_current_mems_allowed();
3886         } else {
3887 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3888                 if (zone)
3889                         setup_zone_pageset(zone);
3890 #endif
3891                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
3892                    of zonelist */
3893                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
3894                 /* cpuset refresh routine should be here */
3895         }
3896         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
3897         /*
3898          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
3899          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
3900          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
3901          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
3902          * disabled and enable it later
3903          */
3904         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
3905                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
3906         else
3907                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
3908
3909         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
3910                 "Total pages: %ld\n",
3911                         nr_online_nodes,
3912                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
3913                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
3914                         vm_total_pages);
3915 #ifdef CONFIG_NUMA
3916         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
3917 #endif
3918 }
3919
3920 /*
3921  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
3922  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
3923  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
3924  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
3925  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
3926  * conservative, even though it seems large.
3927  *
3928  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
3929  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
3930  */
3931 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
3932
3933 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3934 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3935 {
3936         unsigned long size = 1;
3937
3938         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
3939
3940         while (size < pages)
3941                 size <<= 1;
3942
3943         /*
3944          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
3945          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
3946          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
3947          */
3948         size = min(size, 4096UL);
3949
3950         return max(size, 4UL);
3951 }
3952 #else
3953 /*
3954  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
3955  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
3956  *
3957  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
3958  *
3959  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
3960  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
3961  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
3962  *
3963  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
3964  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
3965  *
3966  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
3967  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
3968  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
3969  */
3970 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3971 {
3972         return 4096UL;
3973 }
3974 #endif
3975
3976 /*
3977  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
3978  * to extract the more random high bits from the multiplicative
3979  * hash function before the remainder is taken.
3980  */
3981 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
3982 {
3983         return ffz(~size);
3984 }
3985
3986 /*
3987  * Check if a pageblock contains reserved pages
3988  */
3989 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
3990 {
3991         unsigned long pfn;
3992
3993         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
3994                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
3995                         return 1;
3996         }
3997         return 0;
3998 }
3999
4000 /*
4001  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
4002  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
4003  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
4004  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
4005  * blocks as reclaim kicks in
4006  */
4007 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
4008 {
4009         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
4010         struct page *page;
4011         unsigned long block_migratetype;
4012         int reserve;
4013         int old_reserve;
4014
4015         /*
4016          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
4017          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
4018          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
4019          * the block.
4020          */
4021         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
4022         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
4023         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
4024         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
4025                                                         pageblock_order;
4026
4027         /*
4028          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
4029          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
4030          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
4031          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
4032          * future allocation of hugepages at runtime.
4033          */
4034         reserve = min(2, reserve);
4035         old_reserve = zone->nr_migrate_reserve_block;
4036
4037         /* When memory hot-add, we almost always need to do nothing */
4038         if (reserve == old_reserve)
4039                 return;
4040         zone->nr_migrate_reserve_block = reserve;
4041
4042         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
4043                 if (!pfn_valid(pfn))
4044                         continue;
4045                 page = pfn_to_page(pfn);
4046
4047                 /* Watch out for overlapping nodes */
4048                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
4049                         continue;
4050
4051                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
4052
4053                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
4054                 if (reserve > 0) {
4055                         /*
4056                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
4057                          * them.
4058                          */
4059                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
4060                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
4061                                 continue;
4062
4063                         /* If this block is reserved, account for it */
4064                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4065                                 reserve--;
4066                                 continue;
4067                         }
4068
4069                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
4070                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
4071                                 set_pageblock_migratetype(page,
4072                                                         MIGRATE_RESERVE);
4073                                 move_freepages_block(zone, page,
4074                                                         MIGRATE_RESERVE);
4075                                 reserve--;
4076                                 continue;
4077                         }
4078                 } else if (!old_reserve) {
4079                         /*
4080                          * At boot time we don't need to scan the whole zone
4081                          * for turning off MIGRATE_RESERVE.
4082                          */
4083                         break;
4084                 }
4085
4086                 /*
4087                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
4088                  * take it back
4089                  */
4090                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4091                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4092                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
4093                 }
4094         }
4095 }
4096
4097 /*
4098  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4099  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4100  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4101  */
4102 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4103                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4104 {
4105         struct page *page;
4106         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4107         unsigned long pfn;
4108         struct zone *z;
4109
4110         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4111                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4112
4113         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone];
4114         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4115                 /*
4116                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4117                  * handed to this function.  They do not
4118                  * exist on hotplugged memory.
4119                  */
4120                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4121                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4122                                 continue;
4123                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4124                                 continue;
4125                 }
4126                 page = pfn_to_page(pfn);
4127                 set_page_links(page, zone, nid, pfn);
4128                 mminit_verify_page_links(page, zone, nid, pfn);
4129                 init_page_count(page);
4130                 page_mapcount_reset(page);
4131                 page_cpupid_reset_last(page);
4132                 SetPageReserved(page);
4133                 /*
4134                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4135                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4136                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4137                  * the address space during boot when many long-lived
4138                  * kernel allocations are made. Later some blocks near
4139                  * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
4140                  * setup_zone_migrate_reserve()
4141                  *
4142                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4143                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4144                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4145                  * pfn out of zone.
4146                  */
4147                 if ((z->zone_start_pfn <= pfn)
4148                     && (pfn < zone_end_pfn(z))
4149                     && !(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)))
4150                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4151
4152                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
4153 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
4154                 /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
4155                 if (!is_highmem_idx(zone))
4156                         set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
4157 #endif
4158         }
4159 }
4160
4161 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4162 {
4163         unsigned int order, t;
4164         for_each_migratetype_order(order, t) {
4165                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4166                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4167         }
4168 }
4169
4170 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4171 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4172         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4173 #endif
4174
4175 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4176 {
4177 #ifdef CONFIG_MMU
4178         int batch;
4179
4180         /*
4181          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4182          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4183          *
4184          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4185          */
4186         batch = zone->managed_pages / 1024;
4187         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4188                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4189         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4190         if (batch < 1)
4191                 batch = 1;
4192
4193         /*
4194          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4195          * of 2 value was found to be more likely to have
4196          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4197          *
4198          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4199          * batches of pages, one task can end up with a lot
4200          * of pages of one half of the possible page colors
4201          * and the other with pages of the other colors.
4202          */
4203         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4204
4205         return batch;
4206
4207 #else
4208         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4209          * conditions.
4210          *
4211          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4212          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4213          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4214          *
4215          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4216          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4217          * can be a significant delay between the individual batches being
4218          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4219          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4220          */
4221         return 0;
4222 #endif
4223 }
4224
4225 /*
4226  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4227  * ->batch must never be higher then ->high.
4228  * The following function updates them in a safe manner without read side
4229  * locking.
4230  *
4231  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4232  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4233  *
4234  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4235  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4236  * exist).
4237  */
4238 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4239                 unsigned long batch)
4240 {
4241        /* start with a fail safe value for batch */
4242         pcp->batch = 1;
4243         smp_wmb();
4244
4245        /* Update high, then batch, in order */
4246         pcp->high = high;
4247         smp_wmb();
4248
4249         pcp->batch = batch;
4250 }
4251
4252 /* a companion to pageset_set_high() */
4253 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4254 {
4255         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4256 }
4257
4258 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4259 {
4260         struct per_cpu_pages *pcp;
4261         int migratetype;
4262
4263         memset(p, 0, sizeof(*p));
4264
4265         pcp = &p->pcp;
4266         pcp->count = 0;
4267         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4268                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4269 }
4270
4271 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4272 {
4273         pageset_init(p);
4274         pageset_set_batch(p, batch);
4275 }
4276
4277 /*
4278  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4279  * to the value high for the pageset p.
4280  */
4281 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4282                                 unsigned long high)
4283 {
4284         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4285         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4286                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4287
4288         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4289 }
4290
4291 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4292                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4293 {
4294         if (percpu_pagelist_fraction)
4295                 pageset_set_high(pcp,
4296                         (zone->managed_pages /
4297                                 percpu_pagelist_fraction));
4298         else
4299                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4300 }
4301
4302 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4303 {
4304         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4305
4306         pageset_init(pcp);
4307         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4308 }
4309
4310 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4311 {
4312         int cpu;
4313         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4314         for_each_possible_cpu(cpu)
4315                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4316 }
4317
4318 /*
4319  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4320  * Before this call only boot pagesets were available.
4321  */
4322 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4323 {
4324         struct zone *zone;
4325
4326         for_each_populated_zone(zone)
4327                 setup_zone_pageset(zone);
4328 }
4329
4330 static noinline __init_refok
4331 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4332 {
4333         int i;
4334         size_t alloc_size;
4335
4336         /*
4337          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4338          * per zone.
4339          */
4340         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4341                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4342         zone->wait_table_bits =
4343                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4344         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4345                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4346
4347         if (!slab_is_available()) {
4348                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4349                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4350                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4351         } else {
4352                 /*
4353                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4354                  * via memory hot-add.
4355                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4356                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4357                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4358                  * node itself as well.
4359                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4360                  * necessary.
4361                  */
4362                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4363         }
4364         if (!zone->wait_table)
4365                 return -ENOMEM;
4366
4367         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4368                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4369
4370         return 0;
4371 }
4372
4373 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4374 {
4375         /*
4376          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4377          * relies on the ability of the linker to provide the
4378          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4379          */
4380         zone->pageset = &boot_pageset;
4381
4382         if (populated_zone(zone))
4383                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4384                         zone->name, zone->present_pages,
4385                                          zone_batchsize(zone));
4386 }
4387
4388 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4389                                         unsigned long zone_start_pfn,
4390                                         unsigned long size,
4391                                         enum memmap_context context)
4392 {
4393         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4394         int ret;
4395         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4396         if (ret)
4397                 return ret;
4398         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4399
4400         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4401
4402         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4403                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4404                         pgdat->node_id,
4405                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4406                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4407
4408         zone_init_free_lists(zone);
4409
4410         return 0;
4411 }
4412
4413 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4414 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4415 /*
4416  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4417  */
4418 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4419 {
4420         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4421         int nid;
4422         /*
4423          * NOTE: The following SMP-unsafe globals are only used early in boot
4424          * when the kernel is running single-threaded.
4425          */
4426         static unsigned long __meminitdata last_start_pfn, last_end_pfn;
4427         static int __meminitdata last_nid;
4428
4429         if (last_start_pfn <= pfn && pfn < last_end_pfn)
4430                 return last_nid;
4431
4432         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4433         if (nid != -1) {
4434                 last_start_pfn = start_pfn;
4435                 last_end_pfn = end_pfn;
4436                 last_nid = nid;
4437         }
4438
4439         return nid;
4440 }
4441 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4442
4443 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4444 {
4445         int nid;
4446
4447         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4448         if (nid >= 0)
4449                 return nid;
4450         /* just returns 0 */
4451         return 0;
4452 }
4453
4454 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
4455 bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
4456 {
4457         int nid;
4458
4459         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4460         if (nid >= 0 && nid != node)
4461                 return false;
4462         return true;
4463 }
4464 #endif
4465
4466 /**
4467  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4468  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4469  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4470  *
4471  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4472  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4473  * memblock_free_early_nid() manually.
4474  */
4475 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4476 {
4477         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4478         int i, this_nid;
4479
4480         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4481                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4482                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4483
4484                 if (start_pfn < end_pfn)
4485                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4486                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4487                                         this_nid);
4488         }
4489 }
4490
4491 /**
4492  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4493  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4494  *
4495  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4496  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4497  */
4498 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4499 {
4500         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4501         int i, this_nid;
4502
4503         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4504                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4505 }
4506
4507 /**
4508  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4509  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4510  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4511  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4512  *
4513  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4514  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4515  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4516  * PFNs will be 0.
4517  */
4518 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4519                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4520 {
4521         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4522         int i;
4523
4524         *start_pfn = -1UL;
4525         *end_pfn = 0;
4526
4527         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4528                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4529                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4530         }
4531
4532         if (*start_pfn == -1UL)
4533                 *start_pfn = 0;
4534 }
4535
4536 /*
4537  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4538  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4539  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4540  */
4541 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4542 {
4543         int zone_index;
4544         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4545                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4546                         continue;
4547
4548                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4549                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4550                         break;
4551         }
4552
4553         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4554         movable_zone = zone_index;
4555 }
4556
4557 /*
4558  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4559  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4560  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4561  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4562  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4563  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4564  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4565  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4566  */
4567 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4568                                         unsigned long zone_type,
4569                                         unsigned long node_start_pfn,
4570                                         unsigned long node_end_pfn,
4571                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4572                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4573 {
4574         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4575         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4576                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4577                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4578                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4579                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4580                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4581
4582                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4583                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4584                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4585                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4586
4587                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4588                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4589                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4590         }
4591 }
4592
4593 /*
4594  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4595  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4596  */
4597 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4598                                         unsigned long zone_type,
4599                                         unsigned long node_start_pfn,
4600                                         unsigned long node_end_pfn,
4601                                         unsigned long *ignored)
4602 {
4603         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4604
4605         /* Get the start and end of the zone */
4606         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4607         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4608         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4609                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
4610                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4611
4612         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
4613         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
4614                 return 0;
4615
4616         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
4617         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
4618         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
4619
4620         /* Return the spanned pages */
4621         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
4622 }
4623
4624 /*
4625  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
4626  * then all holes in the requested range will be accounted for.
4627  */
4628 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
4629                                 unsigned long range_start_pfn,
4630                                 unsigned long range_end_pfn)
4631 {
4632         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
4633         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4634         int i;
4635
4636         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
4637                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4638                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4639                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
4640         }
4641         return nr_absent;
4642 }
4643
4644 /**
4645  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
4646  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
4647  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
4648  *
4649  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
4650  */
4651 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
4652                                                         unsigned long end_pfn)
4653 {
4654         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
4655 }
4656
4657 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
4658 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4659                                         unsigned long zone_type,
4660                                         unsigned long node_start_pfn,
4661                                         unsigned long node_end_pfn,
4662                                         unsigned long *ignored)
4663 {
4664         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4665         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4666         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4667
4668         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
4669         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
4670
4671         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4672                         node_start_pfn, node_end_pfn,
4673                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4674         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
4675 }
4676
4677 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4678 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4679                                         unsigned long zone_type,
4680                                         unsigned long node_start_pfn,
4681                                         unsigned long node_end_pfn,
4682                                         unsigned long *zones_size)
4683 {
4684         return zones_size[zone_type];
4685 }
4686
4687 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4688                                                 unsigned long zone_type,
4689                                                 unsigned long node_start_pfn,
4690                                                 unsigned long node_end_pfn,
4691                                                 unsigned long *zholes_size)
4692 {
4693         if (!zholes_size)
4694                 return 0;
4695
4696         return zholes_size[zone_type];
4697 }
4698
4699 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4700
4701 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
4702                                                 unsigned long node_start_pfn,
4703                                                 unsigned long node_end_pfn,
4704                                                 unsigned long *zones_size,
4705                                                 unsigned long *zholes_size)
4706 {
4707         unsigned long realtotalpages, totalpages = 0;
4708         enum zone_type i;
4709
4710         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4711                 totalpages += zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4712                                                          node_start_pfn,
4713                                                          node_end_pfn,
4714                                                          zones_size);
4715         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
4716
4717         realtotalpages = totalpages;
4718         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4719                 realtotalpages -=
4720                         zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4721                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
4722                                                   zholes_size);
4723         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
4724         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
4725                                                         realtotalpages);
4726 }
4727
4728 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
4729 /*
4730  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
4731  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
4732  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
4733  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
4734  * bytes.
4735  */
4736 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
4737 {
4738         unsigned long usemapsize;
4739
4740         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
4741         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
4742         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
4743         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
4744         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
4745
4746         return usemapsize / 8;
4747 }
4748
4749 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
4750                                 struct zone *zone,
4751                                 unsigned long zone_start_pfn,
4752                                 unsigned long zonesize)
4753 {
4754         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
4755         zone->pageblock_flags = NULL;
4756         if (usemapsize)
4757                 zone->pageblock_flags =
4758                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
4759                                                          pgdat->node_id);
4760 }
4761 #else
4762 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
4763                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
4764 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
4765
4766 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
4767
4768 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
4769 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4770 {
4771         unsigned int order;
4772
4773         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
4774         if (pageblock_order)
4775                 return;
4776
4777         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
4778                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
4779         else
4780                 order = MAX_ORDER - 1;
4781
4782         /*
4783          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
4784          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
4785          * powerpc.
4786          */
4787         pageblock_order = order;
4788 }
4789 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4790
4791 /*
4792  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
4793  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
4794  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
4795  * the kernel config
4796  */
4797 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4798 {
4799 }
4800
4801 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4802
4803 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
4804                                                    unsigned long present_pages)
4805 {
4806         unsigned long pages = spanned_pages;
4807
4808         /*
4809          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
4810          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
4811          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
4812          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
4813          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
4814          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
4815          */
4816         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
4817             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
4818                 pages = present_pages;
4819
4820         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
4821 }
4822
4823 /*
4824  * Set up the zone data structures:
4825  *   - mark all pages reserved
4826  *   - mark all memory queues empty
4827  *   - clear the memory bitmaps
4828  *
4829  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
4830  */
4831 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
4832                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long node_end_pfn,
4833                 unsigned long *zones_size, unsigned long *zholes_size)
4834 {
4835         enum zone_type j;
4836         int nid = pgdat->node_id;
4837         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
4838         int ret;
4839
4840         pgdat_resize_init(pgdat);
4841 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
4842         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
4843         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
4844         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
4845 #endif
4846         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
4847         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
4848         pgdat_page_ext_init(pgdat);
4849
4850         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
4851                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
4852                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
4853
4854                 size = zone_spanned_pages_in_node(nid, j, node_start_pfn,
4855                                                   node_end_pfn, zones_size);
4856                 realsize = freesize = size - zone_absent_pages_in_node(nid, j,
4857                                                                 node_start_pfn,
4858                                                                 node_end_pfn,
4859                                                                 zholes_size);
4860
4861                 /*
4862                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
4863                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
4864                  * and per-cpu initialisations
4865                  */
4866                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
4867                 if (!is_highmem_idx(j)) {
4868                         if (freesize >= memmap_pages) {
4869                                 freesize -= memmap_pages;
4870                                 if (memmap_pages)
4871                                         printk(KERN_DEBUG
4872                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
4873                                                zone_names[j], memmap_pages);
4874                         } else
4875                                 printk(KERN_WARNING
4876                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
4877                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
4878                 }
4879
4880                 /* Account for reserved pages */
4881                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
4882                         freesize -= dma_reserve;
4883                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
4884                                         zone_names[0], dma_reserve);
4885                 }
4886
4887                 if (!is_highmem_idx(j))
4888                         nr_kernel_pages += freesize;
4889                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
4890                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
4891                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
4892                 nr_all_pages += freesize;
4893
4894                 zone->spanned_pages = size;
4895                 zone->present_pages = realsize;
4896                 /*
4897                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
4898                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
4899                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
4900                  */
4901                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
4902 #ifdef CONFIG_NUMA
4903                 zone->node = nid;
4904                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
4905                                                 / 100;
4906                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
4907 #endif
4908                 zone->name = zone_names[j];
4909                 spin_lock_init(&zone->lock);
4910                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
4911                 zone_seqlock_init(zone);
4912                 zone->zone_pgdat = pgdat;
4913                 zone_pcp_init(zone);
4914
4915                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
4916                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
4917
4918                 lruvec_init(&zone->lruvec);
4919                 if (!size)
4920                         continue;
4921
4922                 set_pageblock_order();
4923                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
4924                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
4925                                                 size, MEMMAP_EARLY);
4926                 BUG_ON(ret);
4927                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
4928                 zone_start_pfn += size;
4929         }
4930 }
4931
4932 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
4933 {
4934         /* Skip empty nodes */
4935         if (!pgdat->node_spanned_pages)
4936                 return;
4937
4938 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
4939         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
4940         if (!pgdat->node_mem_map) {
4941                 unsigned long size, start, end;
4942                 struct page *map;
4943
4944                 /*
4945                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
4946                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
4947                  * for the buddy allocator to function correctly.
4948                  */
4949                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
4950                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
4951                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
4952                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
4953                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
4954                 if (!map)
4955                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
4956                                                                pgdat->node_id);
4957                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
4958         }
4959 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
4960         /*
4961          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
4962          */
4963         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
4964                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
4965 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4966                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
4967                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
4968 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4969         }
4970 #endif
4971 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
4972 }
4973
4974 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
4975                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
4976 {
4977         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4978         unsigned long start_pfn = 0;
4979         unsigned long end_pfn = 0;
4980
4981         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
4982         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
4983
4984         pgdat->node_id = nid;
4985         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
4986 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4987         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
4988         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
4989                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT, ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
4990 #endif
4991         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
4992                                   zones_size, zholes_size);
4993
4994         alloc_node_mem_map(pgdat);
4995 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
4996         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
4997                 nid, (unsigned long)pgdat,
4998                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
4999 #endif
5000
5001         free_area_init_core(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5002                             zones_size, zholes_size);
5003 }
5004
5005 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5006
5007 #if MAX_NUMNODES > 1
5008 /*
5009  * Figure out the number of possible node ids.
5010  */
5011 void __init setup_nr_node_ids(void)
5012 {
5013         unsigned int node;
5014         unsigned int highest = 0;
5015
5016         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
5017                 highest = node;
5018         nr_node_ids = highest + 1;
5019 }
5020 #endif
5021
5022 /**
5023  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5024  *
5025  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5026  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5027  * all the nodes.
5028  *
5029  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5030  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5031  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5032  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5033  *
5034  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5035  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5036  * populated node map.
5037  *
5038  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5039  * requirement (single node).
5040  */
5041 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5042 {
5043         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5044         unsigned long start, end, mask;
5045         int last_nid = -1;
5046         int i, nid;
5047
5048         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5049                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5050                         last_nid = nid;
5051                         last_end = end;
5052                         continue;
5053                 }
5054
5055                 /*
5056                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5057                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5058                  * too coarse to separate the current node from the last.
5059                  */
5060                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5061                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5062                         mask <<= 1;
5063
5064                 /* accumulate all internode masks */
5065                 accl_mask |= mask;
5066         }
5067
5068         /* convert mask to number of pages */
5069         return ~accl_mask + 1;
5070 }
5071
5072 /* Find the lowest pfn for a node */
5073 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5074 {
5075         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5076         unsigned long start_pfn;
5077         int i;
5078
5079         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5080                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5081
5082         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5083                 printk(KERN_WARNING
5084                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5085                 return 0;
5086         }
5087
5088         return min_pfn;
5089 }
5090
5091 /**
5092  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5093  *
5094  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5095  * memblock_set_node().
5096  */
5097 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5098 {
5099         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5100 }
5101
5102 /*
5103  * early_calculate_totalpages()
5104  * Sum pages in active regions for movable zone.
5105  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5106  */
5107 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5108 {
5109         unsigned long totalpages = 0;
5110         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5111         int i, nid;
5112
5113         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5114                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5115
5116                 totalpages += pages;
5117                 if (pages)
5118                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5119         }
5120         return totalpages;
5121 }
5122
5123 /*
5124  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5125  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5126  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5127  * others
5128  */
5129 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5130 {
5131         int i, nid;
5132         unsigned long usable_startpfn;
5133         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5134         /* save the state before borrow the nodemask */
5135         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5136         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5137         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5138         struct memblock_region *r;
5139
5140         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5141         find_usable_zone_for_movable();
5142
5143         /*
5144          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5145          * options.
5146          */
5147         if (movable_node_is_enabled()) {
5148                 for_each_memblock(memory, r) {
5149                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5150                                 continue;
5151
5152                         nid = r->nid;
5153
5154                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5155                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5156                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5157                                 usable_startpfn;
5158                 }
5159
5160                 goto out2;
5161         }
5162
5163         /*
5164          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5165          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5166          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5167          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5168          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5169          * what movablecore would have allowed.
5170          */
5171         if (required_movablecore) {
5172                 unsigned long corepages;
5173
5174                 /*
5175                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5176                  * was requested by the user
5177                  */
5178                 required_movablecore =
5179                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5180                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5181
5182                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5183         }
5184
5185         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
5186         if (!required_kernelcore)
5187                 goto out;
5188
5189         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5190         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5191
5192 restart:
5193         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5194         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5195         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5196                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5197
5198                 /*
5199                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5200                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5201                  * amount of memory for the kernel
5202                  */
5203                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5204                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5205
5206                 /*
5207                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5208                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5209                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5210                  */
5211                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5212
5213                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5214                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5215                         unsigned long size_pages;
5216
5217                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5218                         if (start_pfn >= end_pfn)
5219                                 continue;
5220
5221                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5222                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5223                                 unsigned long kernel_pages;
5224                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5225                                                                 - start_pfn;
5226
5227                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5228                                                         kernelcore_remaining);
5229                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5230                                                         required_kernelcore);
5231
5232                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5233                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5234
5235                                         /*
5236                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5237                                          * that if we have to rebalance
5238                                          * kernelcore across nodes, we will
5239                                          * not double account here
5240                                          */
5241                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5242                                         continue;
5243                                 }
5244                                 start_pfn = usable_startpfn;
5245                         }
5246
5247                         /*
5248                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5249                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5250                          * number of pages used as kernelcore
5251                          */
5252                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5253                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5254                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5255                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5256
5257                         /*
5258                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5259                          * break if the kernelcore for this node has been
5260                          * satisfied
5261                          */
5262                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5263                                                                 size_pages);
5264                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5265                         if (!kernelcore_remaining)
5266                                 break;
5267                 }
5268         }
5269
5270         /*
5271          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5272          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5273          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5274          * satisfied
5275          */
5276         usable_nodes--;
5277         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5278                 goto restart;
5279
5280 out2:
5281         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5282         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5283                 zone_movable_pfn[nid] =
5284                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5285
5286 out:
5287         /* restore the node_state */
5288         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5289 }
5290
5291 /* Any regular or high memory on that node ? */
5292 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5293 {
5294         enum zone_type zone_type;
5295
5296         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5297                 return;
5298
5299         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5300                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5301                 if (populated_zone(zone)) {
5302                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5303                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5304                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5305                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5306                         break;
5307                 }
5308         }
5309 }
5310
5311 /**
5312  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5313  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5314  *
5315  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5316  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5317  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5318  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5319  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5320  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5321  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5322  * at arch_max_dma_pfn.
5323  */
5324 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5325 {
5326         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5327         int i, nid;
5328
5329         /* Record where the zone boundaries are */
5330         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5331                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5332         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5333                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5334         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5335         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5336         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5337                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5338                         continue;
5339                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5340                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5341                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5342                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5343         }
5344         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5345         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5346
5347         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5348         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5349         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5350
5351         /* Print out the zone ranges */
5352         pr_info("Zone ranges:\n");
5353         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5354                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5355                         continue;
5356                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5357                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5358                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5359                         pr_cont("empty\n");
5360                 else
5361                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5362                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5363                                         << PAGE_SHIFT,
5364                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5365                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5366         }
5367
5368         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5369         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5370         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5371                 if (zone_movable_pfn[i])
5372                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5373                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5374         }
5375
5376         /* Print out the early node map */
5377         pr_info("Early memory node ranges\n");
5378         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5379                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5380                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5381                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5382
5383         /* Initialise every node */
5384         mminit_verify_pageflags_layout();
5385         setup_nr_node_ids();
5386         for_each_online_node(nid) {
5387                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5388                 free_area_init_node(nid, NULL,
5389                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5390
5391                 /* Any memory on that node */
5392                 if (pgdat->node_present_pages)
5393                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5394                 check_for_memory(pgdat, nid);
5395         }
5396 }
5397
5398 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5399 {
5400         unsigned long long coremem;
5401         if (!p)
5402                 return -EINVAL;
5403
5404         coremem = memparse(p, &p);
5405         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5406
5407         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5408         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5409
5410         return 0;
5411 }
5412
5413 /*
5414  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5415  * cannot be reclaimed or migrated.
5416  */
5417 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5418 {
5419         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5420 }
5421
5422 /*
5423  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5424  * can be reclaimed or migrated.
5425  */
5426 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5427 {
5428         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5429 }
5430
5431 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5432 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5433
5434 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5435
5436 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5437 {
5438         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5439         page_zone(page)->managed_pages += count;
5440         totalram_pages += count;
5441 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5442         if (PageHighMem(page))
5443                 totalhigh_pages += count;
5444 #endif
5445         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5446 }
5447 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5448
5449 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5450 {
5451         void *pos;
5452         unsigned long pages = 0;
5453
5454         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5455         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5456         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5457                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5458                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5459                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5460         }
5461
5462         if (pages && s)
5463                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5464                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5465
5466         return pages;
5467 }
5468 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5469
5470 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5471 void free_highmem_page(struct page *page)
5472 {
5473         __free_reserved_page(page);
5474         totalram_pages++;
5475         page_zone(page)->managed_pages++;
5476         totalhigh_pages++;
5477 }
5478 #endif
5479
5480
5481 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5482 {
5483         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5484         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5485
5486         physpages = get_num_physpages();
5487         codesize = _etext - _stext;
5488         datasize = _edata - _sdata;
5489         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5490         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5491         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5492         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5493
5494         /*
5495          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5496          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5497          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5498          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5499          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5500          */
5501 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5502         do { \
5503                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5504                         size -= adj; \
5505         } while (0)
5506
5507         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5508                      _sinittext, init_code_size);
5509         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5510         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5511         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5512         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5513
5514 #undef  adj_init_size
5515
5516         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5517                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5518                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5519 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5520                ", %luK highmem"
5521 #endif
5522                "%s%s)\n",
5523                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5524                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5525                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5526                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5527                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5528 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5529                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5530 #endif
5531                str ? ", " : "", str ? str : "");
5532 }
5533
5534 /**
5535  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5536  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5537  *
5538  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5539  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5540  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5541  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5542  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5543  * smaller per-cpu batchsize.
5544  */
5545 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5546 {
5547         dma_reserve = new_dma_reserve;
5548 }
5549
5550 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5551 {
5552         free_area_init_node(0, zones_size,
5553                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5554 }
5555
5556 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5557                                  unsigned long action, void *hcpu)
5558 {
5559         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5560
5561         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5562                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5563                 drain_pages(cpu);
5564
5565                 /*
5566                  * Spill the event counters of the dead processor
5567                  * into the current processors event counters.
5568                  * This artificially elevates the count of the current
5569                  * processor.
5570                  */
5571                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5572
5573                 /*
5574                  * Zero the differential counters of the dead processor
5575                  * so that the vm statistics are consistent.
5576                  *
5577                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5578                  * race with what we are doing.
5579                  */
5580                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
5581         }
5582         return NOTIFY_OK;
5583 }
5584
5585 void __init page_alloc_init(void)
5586 {
5587         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5588 }
5589
5590 /*
5591  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
5592  *      or min_free_kbytes changes.
5593  */
5594 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5595 {
5596         struct pglist_data *pgdat;
5597         unsigned long reserve_pages = 0;
5598         enum zone_type i, j;
5599
5600         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5601                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5602                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5603                         long max = 0;
5604
5605                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5606                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5607                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5608                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5609                         }
5610
5611                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5612                         max += high_wmark_pages(zone);
5613
5614                         if (max > zone->managed_pages)
5615                                 max = zone->managed_pages;
5616                         reserve_pages += max;
5617                         /*
5618                          * Lowmem reserves are not available to
5619                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
5620                          * kswapd tries to balance zones to their high
5621                          * watermark.  As a result, neither should be
5622                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
5623                          * situation where reclaim has to clean pages
5624                          * in order to balance the zones.
5625                          */
5626                         zone->dirty_balance_reserve = max;
5627                 }
5628         }
5629         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
5630         totalreserve_pages = reserve_pages;
5631 }
5632
5633 /*
5634  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5635  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5636  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5637  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5638  */
5639 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5640 {
5641         struct pglist_data *pgdat;
5642         enum zone_type j, idx;
5643
5644         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5645                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5646                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5647                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
5648
5649                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5650
5651                         idx = j;
5652                         while (idx) {
5653                                 struct zone *lower_zone;
5654
5655                                 idx--;
5656
5657                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
5658                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
5659
5660                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
5661                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
5662                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
5663                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
5664                         }
5665                 }
5666         }
5667
5668         /* update totalreserve_pages */
5669         calculate_totalreserve_pages();
5670 }
5671
5672 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5673 {
5674         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5675         unsigned long lowmem_pages = 0;
5676         struct zone *zone;
5677         unsigned long flags;
5678
5679         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
5680         for_each_zone(zone) {
5681                 if (!is_highmem(zone))
5682                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
5683         }
5684
5685         for_each_zone(zone) {
5686                 u64 tmp;
5687
5688                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5689                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
5690                 do_div(tmp, lowmem_pages);
5691                 if (is_highmem(zone)) {
5692                         /*
5693                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5694                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
5695                          * value here.
5696                          *
5697                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5698                          * deltas controls asynch page reclaim, and so should
5699                          * not be capped for highmem.
5700                          */
5701                         unsigned long min_pages;
5702
5703                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
5704                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5705                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5706                 } else {
5707                         /*
5708                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5709                          * proportionate to the zone's size.
5710                          */
5711                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5712                 }
5713
5714                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
5715                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
5716
5717                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
5718                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
5719                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
5720
5721                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
5722                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5723         }
5724
5725         /* update totalreserve_pages */
5726         calculate_totalreserve_pages();
5727 }
5728
5729 /**
5730  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5731  * or when memory is hot-{added|removed}
5732  *
5733  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5734  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5735  */
5736 void setup_per_zone_wmarks(void)
5737 {
5738         mutex_lock(&zonelists_mutex);
5739         __setup_per_zone_wmarks();
5740         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
5741 }
5742
5743 /*
5744  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
5745  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
5746  * to be referenced again before it is swapped out.
5747  *
5748  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
5749  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
5750  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
5751  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
5752  *
5753  * total     target    max
5754  * memory    ratio     inactive anon
5755  * -------------------------------------
5756  *   10MB       1         5MB
5757  *  100MB       1        50MB
5758  *    1GB       3       250MB
5759  *   10GB      10       0.9GB
5760  *  100GB      31         3GB
5761  *    1TB     101        10GB
5762  *   10TB     320        32GB
5763  */
5764 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
5765 {
5766         unsigned int gb, ratio;
5767
5768         /* Zone size in gigabytes */
5769         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
5770         if (gb)
5771                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
5772         else
5773                 ratio = 1;
5774
5775         zone->inactive_ratio = ratio;
5776 }
5777
5778 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
5779 {
5780         struct zone *zone;
5781
5782         for_each_zone(zone)
5783                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
5784 }
5785
5786 /*
5787  * Initialise min_free_kbytes.
5788  *
5789  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5790  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
5791  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5792  *
5793  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5794  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5795  *
5796  * which yields
5797  *
5798  * 16MB:        512k
5799  * 32MB:        724k
5800  * 64MB:        1024k
5801  * 128MB:       1448k
5802  * 256MB:       2048k
5803  * 512MB:       2896k
5804  * 1024MB:      4096k
5805  * 2048MB:      5792k
5806  * 4096MB:      8192k
5807  * 8192MB:      11584k
5808  * 16384MB:     16384k
5809  */
5810 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5811 {
5812         unsigned long lowmem_kbytes;
5813         int new_min_free_kbytes;
5814
5815         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5816         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5817
5818         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
5819                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
5820                 if (min_free_kbytes < 128)
5821                         min_free_kbytes = 128;
5822                 if (min_free_kbytes > 65536)
5823                         min_free_kbytes = 65536;
5824         } else {
5825                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
5826                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
5827         }
5828         setup_per_zone_wmarks();
5829         refresh_zone_stat_thresholds();
5830         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5831         setup_per_zone_inactive_ratio();
5832         return 0;
5833 }
5834 module_init(init_per_zone_wmark_min)
5835
5836 /*
5837  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
5838  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5839  *      changes.
5840  */
5841 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5842         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5843 {
5844         int rc;
5845
5846         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5847         if (rc)
5848                 return rc;
5849
5850         if (write) {
5851                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
5852                 setup_per_zone_wmarks();
5853         }
5854         return 0;
5855 }
5856
5857 #ifdef CONFIG_NUMA
5858 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5859         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5860 {
5861         struct zone *zone;
5862         int rc;
5863
5864         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5865         if (rc)
5866                 return rc;
5867
5868         for_each_zone(zone)
5869                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
5870                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
5871         return 0;
5872 }
5873
5874 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5875         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5876 {
5877         struct zone *zone;
5878         int rc;
5879
5880         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5881         if (rc)
5882                 return rc;
5883
5884         for_each_zone(zone)
5885                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
5886                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5887         return 0;
5888 }
5889 #endif
5890
5891 /*
5892  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
5893  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
5894  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
5895  *
5896  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
5897  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
5898  * if in function of the boot time zone sizes.
5899  */
5900 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5901         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5902 {
5903         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5904         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5905         return 0;
5906 }
5907
5908 /*
5909  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
5910  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
5911  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
5912  */
5913 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5914         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5915 {
5916         struct zone *zone;
5917         int old_percpu_pagelist_fraction;
5918         int ret;
5919
5920         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5921         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
5922
5923         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5924         if (!write || ret < 0)
5925                 goto out;
5926
5927         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
5928         if (percpu_pagelist_fraction &&
5929             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
5930                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
5931                 ret = -EINVAL;
5932                 goto out;
5933         }
5934
5935         /* No change? */
5936         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
5937                 goto out;
5938
5939         for_each_populated_zone(zone) {
5940                 unsigned int cpu;
5941
5942                 for_each_possible_cpu(cpu)
5943                         pageset_set_high_and_batch(zone,
5944                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
5945         }
5946 out:
5947         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5948         return ret;
5949 }
5950
5951 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
5952
5953 #ifdef CONFIG_NUMA
5954 static int __init set_hashdist(char *str)
5955 {
5956         if (!str)
5957                 return 0;
5958         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
5959         return 1;
5960 }
5961 __setup("hashdist=", set_hashdist);
5962 #endif
5963
5964 /*
5965  * allocate a large system hash table from bootmem
5966  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
5967  *   quantity of entries
5968  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
5969  */
5970 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
5971                                      unsigned long bucketsize,
5972                                      unsigned long numentries,
5973                                      int scale,
5974                                      int flags,
5975                                      unsigned int *_hash_shift,
5976                                      unsigned int *_hash_mask,
5977                                      unsigned long low_limit,
5978                                      unsigned long high_limit)
5979 {
5980         unsigned long long max = high_limit;
5981         unsigned long log2qty, size;
5982         void *table = NULL;
5983
5984         /* allow the kernel cmdline to have a say */
5985         if (!numentries) {
5986                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
5987                 numentries = nr_kernel_pages;
5988
5989                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
5990                 if (PAGE_SHIFT < 20)
5991                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
5992
5993                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
5994                 if (scale > PAGE_SHIFT)
5995                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
5996                 else
5997                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
5998
5999                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6000                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6001                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6002                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6003                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6004                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6005                                 BUG_ON(!numentries);
6006                         }
6007                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6008                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6009         }
6010         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6011
6012         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6013         if (max == 0) {
6014                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6015                 do_div(max, bucketsize);
6016         }
6017         max = min(max, 0x80000000ULL);
6018
6019         if (numentries < low_limit)
6020                 numentries = low_limit;
6021         if (numentries > max)
6022                 numentries = max;
6023
6024         log2qty = ilog2(numentries);
6025
6026         do {
6027                 size = bucketsize << log2qty;
6028                 if (flags & HASH_EARLY)
6029                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6030                 else if (hashdist)
6031                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6032                 else {
6033                         /*
6034                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6035                          * some pages at the end of hash table which
6036                          * alloc_pages_exact() automatically does
6037                          */
6038                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6039                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6040                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6041                         }
6042                 }
6043         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6044
6045         if (!table)
6046                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6047
6048         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6049                tablename,
6050                (1UL << log2qty),
6051                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6052                size);
6053
6054         if (_hash_shift)
6055                 *_hash_shift = log2qty;
6056         if (_hash_mask)
6057                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6058
6059         return table;
6060 }
6061
6062 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6063 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6064                                                         unsigned long pfn)
6065 {
6066 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6067         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6068 #else
6069         return zone->pageblock_flags;
6070 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6071 }
6072
6073 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6074 {
6075 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6076         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6077         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6078 #else
6079         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6080         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6081 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6082 }
6083
6084 /**
6085  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6086  * @page: The page within the block of interest
6087  * @pfn: The target page frame number
6088  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6089  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6090  *
6091  * Return: pageblock_bits flags
6092  */
6093 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6094                                         unsigned long end_bitidx,
6095                                         unsigned long mask)
6096 {
6097         struct zone *zone;
6098         unsigned long *bitmap;
6099         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6100         unsigned long word;
6101
6102         zone = page_zone(page);
6103         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6104         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6105         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6106         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6107
6108         word = bitmap[word_bitidx];
6109         bitidx += end_bitidx;
6110         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6111 }
6112
6113 /**
6114  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6115  * @page: The page within the block of interest
6116  * @flags: The flags to set
6117  * @pfn: The target page frame number
6118  * @end_bitidx: The last bit of interest
6119  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6120  */
6121 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6122                                         unsigned long pfn,
6123                                         unsigned long end_bitidx,
6124                                         unsigned long mask)
6125 {
6126         struct zone *zone;
6127         unsigned long *bitmap;
6128         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6129         unsigned long old_word, word;
6130
6131         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6132
6133         zone = page_zone(page);
6134         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6135         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6136         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6137         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6138
6139         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6140
6141         bitidx += end_bitidx;
6142         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6143         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6144
6145         word = ACCESS_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6146         for (;;) {
6147                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6148                 if (word == old_word)
6149                         break;
6150                 word = old_word;
6151         }
6152 }
6153
6154 /*
6155  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6156  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6157  *
6158  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6159  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6160  * expect this function should be exact.
6161  */
6162 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6163                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6164 {
6165         unsigned long pfn, iter, found;
6166         int mt;
6167
6168         /*
6169          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6170          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6171          */
6172         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6173                 return false;
6174         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6175         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6176                 return false;
6177
6178         pfn = page_to_pfn(page);
6179         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6180                 unsigned long check = pfn + iter;
6181
6182                 if (!pfn_valid_within(check))
6183                         continue;
6184
6185                 page = pfn_to_page(check);
6186
6187                 /*
6188                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6189                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6190                  * handle each tail page individually in migration.
6191                  */
6192                 if (PageHuge(page)) {
6193                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6194                         continue;
6195                 }
6196
6197                 /*
6198                  * We can't use page_count without pin a page
6199                  * because another CPU can free compound page.
6200                  * This check already skips compound tails of THP
6201                  * because their page->_count is zero at all time.
6202                  */
6203                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6204                         if (PageBuddy(page))
6205                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6206                         continue;
6207                 }
6208
6209                 /*
6210                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6211                  * page_count() is not 0.
6212                  */
6213                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6214                         continue;
6215
6216                 if (!PageLRU(page))
6217                         found++;
6218                 /*
6219                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6220                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6221                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6222                  */
6223                 /*
6224                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6225                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6226                  *
6227                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6228                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6229                  * page at boot.
6230                  */
6231                 if (found > count)
6232                         return true;
6233         }
6234         return false;
6235 }
6236
6237 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6238 {
6239         struct zone *zone;
6240         unsigned long pfn;
6241
6242         /*
6243          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6244          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6245          * the zone but still within the section.
6246          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6247          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6248          */
6249         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6250                 return false;
6251
6252         zone = page_zone(page);
6253         pfn = page_to_pfn(page);
6254         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6255                 return false;
6256
6257         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6258 }
6259
6260 #ifdef CONFIG_CMA
6261
6262 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6263 {
6264         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6265                              pageblock_nr_pages) - 1);
6266 }
6267
6268 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6269 {
6270         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6271                                 pageblock_nr_pages));
6272 }
6273
6274 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6275 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6276                                         unsigned long start, unsigned long end)
6277 {
6278         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6279         unsigned long nr_reclaimed;
6280         unsigned long pfn = start;
6281         unsigned int tries = 0;
6282         int ret = 0;
6283
6284         migrate_prep();
6285
6286         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6287                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6288                         ret = -EINTR;
6289                         break;
6290                 }
6291
6292                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6293                         cc->nr_migratepages = 0;
6294                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6295                         if (!pfn) {
6296                                 ret = -EINTR;
6297                                 break;
6298                         }
6299                         tries = 0;
6300                 } else if (++tries == 5) {
6301                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6302                         break;
6303                 }
6304
6305                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6306                                                         &cc->migratepages);
6307                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6308
6309                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6310                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6311         }
6312         if (ret < 0) {
6313                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6314                 return ret;
6315         }
6316         return 0;
6317 }
6318
6319 /**
6320  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6321  * @start:      start PFN to allocate
6322  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6323  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6324  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6325  *                      in range must have the same migratetype and it must
6326  *                      be either of the two.
6327  *
6328  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6329  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6330  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6331  * pages fall in.
6332  *
6333  * The PFN range must belong to a single zone.
6334  *
6335  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6336  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6337  * need to be freed with free_contig_range().
6338  */
6339 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6340                        unsigned migratetype)
6341 {
6342         unsigned long outer_start, outer_end;
6343         int ret = 0, order;
6344
6345         struct compact_control cc = {
6346                 .nr_migratepages = 0,
6347                 .order = -1,
6348                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6349                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6350                 .ignore_skip_hint = true,
6351         };
6352         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6353
6354         /*
6355          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6356          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6357          * have different sizes, and due to the way page allocator
6358          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6359          * that page allocator won't try to merge buddies from
6360          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6361          * other migration type.
6362          *
6363          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6364          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6365          * we are interested in).  This will put all the pages in
6366          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6367          *
6368          * When this is done, we take the pages in range from page
6369          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6370          * page allocator will never consider using them.
6371          *
6372          * This lets us mark the pageblocks back as
6373          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6374          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6375          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6376          */
6377
6378         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6379                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6380                                        false);
6381         if (ret)
6382                 return ret;
6383
6384         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6385         if (ret)
6386                 goto done;
6387
6388         /*
6389          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6390          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6391          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6392          * What we are going to do is to allocate all pages from
6393          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6394          *
6395          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6396          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6397          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6398          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6399          * once this is done free the pages we are not interested in.
6400          *
6401          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6402          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6403          */
6404
6405         lru_add_drain_all();
6406         drain_all_pages(cc.zone);
6407
6408         order = 0;
6409         outer_start = start;
6410         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6411                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6412                         ret = -EBUSY;
6413                         goto done;
6414                 }
6415                 outer_start &= ~0UL << order;
6416         }
6417
6418         /* Make sure the range is really isolated. */
6419         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6420                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6421                         __func__, outer_start, end);
6422                 ret = -EBUSY;
6423                 goto done;
6424         }
6425
6426         /* Grab isolated pages from freelists. */
6427         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6428         if (!outer_end) {
6429                 ret = -EBUSY;
6430                 goto done;
6431         }
6432
6433         /* Free head and tail (if any) */
6434         if (start != outer_start)
6435                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6436         if (end != outer_end)
6437                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6438
6439 done:
6440         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6441                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6442         return ret;
6443 }
6444
6445 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6446 {
6447         unsigned int count = 0;
6448
6449         for (; nr_pages--; pfn++) {
6450                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6451
6452                 count += page_count(page) != 1;
6453                 __free_page(page);
6454         }
6455         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6456 }
6457 #endif
6458
6459 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6460 /*
6461  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6462  * page high values need to be recalulated.
6463  */
6464 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6465 {
6466         unsigned cpu;
6467         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6468         for_each_possible_cpu(cpu)
6469                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6470                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6471         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6472 }
6473 #endif
6474
6475 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6476 {
6477         unsigned long flags;
6478         int cpu;
6479         struct per_cpu_pageset *pset;
6480
6481         /* avoid races with drain_pages()  */
6482         local_irq_save(flags);
6483         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6484                 for_each_online_cpu(cpu) {
6485                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6486                         drain_zonestat(zone, pset);
6487                 }
6488                 free_percpu(zone->pageset);
6489                 zone->pageset = &boot_pageset;
6490         }
6491         local_irq_restore(flags);
6492 }
6493
6494 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6495 /*
6496  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6497  */
6498 void
6499 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6500 {
6501         struct page *page;
6502         struct zone *zone;
6503         unsigned int order, i;
6504         unsigned long pfn;
6505         unsigned long flags;
6506         /* find the first valid pfn */
6507         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6508                 if (pfn_valid(pfn))
6509                         break;
6510         if (pfn == end_pfn)
6511                 return;
6512         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6513         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6514         pfn = start_pfn;
6515         while (pfn < end_pfn) {
6516                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6517                         pfn++;
6518                         continue;
6519                 }
6520                 page = pfn_to_page(pfn);
6521                 /*
6522                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6523                  * page_count() is not 0.
6524                  */
6525                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6526                         pfn++;
6527                         SetPageReserved(page);
6528                         continue;
6529                 }
6530
6531                 BUG_ON(page_count(page));
6532                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6533                 order = page_order(page);
6534 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6535                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6536                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6537 #endif
6538                 list_del(&page->lru);
6539                 rmv_page_order(page);
6540                 zone->free_area[order].nr_free--;
6541                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6542                         SetPageReserved((page+i));
6543                 pfn += (1 << order);
6544         }
6545         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6546 }
6547 #endif
6548
6549 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6550 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6551 {
6552         struct zone *zone = page_zone(page);
6553         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6554         unsigned long flags;
6555         unsigned int order;
6556
6557         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6558         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6559                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6560
6561                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6562                         break;
6563         }
6564         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6565
6566         return order < MAX_ORDER;
6567 }
6568 #endif