mm/page_ext: rename offset to index
[cascardo/linux.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page_ext.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67
68 #include <asm/sections.h>
69 #include <asm/tlbflush.h>
70 #include <asm/div64.h>
71 #include "internal.h"
72
73 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
74 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
75 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
76
77 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
78 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
79 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
80 #endif
81
82 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
83 /*
84  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
85  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
86  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
87  * defined in <linux/topology.h>.
88  */
89 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
90 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
91 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
92 #endif
93
94 /*
95  * Array of node states.
96  */
97 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
98         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
99         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
100 #ifndef CONFIG_NUMA
101         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
102 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
103         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
104 #endif
105 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
106         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
107 #endif
108         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
109 #endif  /* NUMA */
110 };
111 EXPORT_SYMBOL(node_states);
112
113 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
114 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
115
116 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
118 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
119
120 int percpu_pagelist_fraction;
121 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
122
123 /*
124  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
125  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
126  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
127  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
128  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
129  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
130  */
131 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
132 {
133         return page->index;
134 }
135
136 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
137 {
138         page->index = migratetype;
139 }
140
141 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
142 /*
143  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
144  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
145  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
146  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
147  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
148  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
149  */
150
151 static gfp_t saved_gfp_mask;
152
153 void pm_restore_gfp_mask(void)
154 {
155         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
156         if (saved_gfp_mask) {
157                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
158                 saved_gfp_mask = 0;
159         }
160 }
161
162 void pm_restrict_gfp_mask(void)
163 {
164         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
165         WARN_ON(saved_gfp_mask);
166         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
167         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
168 }
169
170 bool pm_suspended_storage(void)
171 {
172         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
173                 return false;
174         return true;
175 }
176 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
177
178 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
179 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
180 #endif
181
182 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
183
184 /*
185  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
186  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
187  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
188  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
189  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
190  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
191  *
192  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
193  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
194  */
195 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
196 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
197          256,
198 #endif
199 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
200          256,
201 #endif
202 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
203          32,
204 #endif
205          32,
206 };
207
208 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
209
210 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
211 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
212          "DMA",
213 #endif
214 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
215          "DMA32",
216 #endif
217          "Normal",
218 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
219          "HighMem",
220 #endif
221          "Movable",
222 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
223          "Device",
224 #endif
225 };
226
227 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
228         "Unmovable",
229         "Movable",
230         "Reclaimable",
231         "HighAtomic",
232 #ifdef CONFIG_CMA
233         "CMA",
234 #endif
235 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
236         "Isolate",
237 #endif
238 };
239
240 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
241         NULL,
242         free_compound_page,
243 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
244         free_huge_page,
245 #endif
246 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
247         free_transhuge_page,
248 #endif
249 };
250
251 int min_free_kbytes = 1024;
252 int user_min_free_kbytes = -1;
253 int watermark_scale_factor = 10;
254
255 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
256 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
257 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
258
259 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
260 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
261 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
262 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
263 static unsigned long __initdata required_movablecore;
264 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
265 static bool mirrored_kernelcore;
266
267 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
268 int movable_zone;
269 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
270 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
271
272 #if MAX_NUMNODES > 1
273 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
274 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
275 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
276 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
277 #endif
278
279 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
280
281 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
282 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
283 {
284         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
285 }
286
287 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
288 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
289 {
290         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
291
292         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
293                 return true;
294
295         return false;
296 }
297
298 /*
299  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
300  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
301  */
302 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
303                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
304                                 unsigned long *nr_initialised)
305 {
306         unsigned long max_initialise;
307
308         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
309         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
310                 return true;
311         /*
312          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
313          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
314          */
315         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
316                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
317
318         (*nr_initialised)++;
319         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
320             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
321                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
322                 return false;
323         }
324
325         return true;
326 }
327 #else
328 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
329 {
330 }
331
332 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
333 {
334         return false;
335 }
336
337 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
338                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
339                                 unsigned long *nr_initialised)
340 {
341         return true;
342 }
343 #endif
344
345 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
346 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
347                                                         unsigned long pfn)
348 {
349 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
350         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
351 #else
352         return page_zone(page)->pageblock_flags;
353 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
354 }
355
356 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
357 {
358 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
359         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
360         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
361 #else
362         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
363         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
364 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
365 }
366
367 /**
368  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
369  * @page: The page within the block of interest
370  * @pfn: The target page frame number
371  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
372  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
373  *
374  * Return: pageblock_bits flags
375  */
376 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
377                                         unsigned long pfn,
378                                         unsigned long end_bitidx,
379                                         unsigned long mask)
380 {
381         unsigned long *bitmap;
382         unsigned long bitidx, word_bitidx;
383         unsigned long word;
384
385         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
386         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
387         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
388         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
389
390         word = bitmap[word_bitidx];
391         bitidx += end_bitidx;
392         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
393 }
394
395 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
396                                         unsigned long end_bitidx,
397                                         unsigned long mask)
398 {
399         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
400 }
401
402 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
403 {
404         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
405 }
406
407 /**
408  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
409  * @page: The page within the block of interest
410  * @flags: The flags to set
411  * @pfn: The target page frame number
412  * @end_bitidx: The last bit of interest
413  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
414  */
415 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
416                                         unsigned long pfn,
417                                         unsigned long end_bitidx,
418                                         unsigned long mask)
419 {
420         unsigned long *bitmap;
421         unsigned long bitidx, word_bitidx;
422         unsigned long old_word, word;
423
424         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
425
426         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
427         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
428         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
429         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
430
431         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
432
433         bitidx += end_bitidx;
434         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
435         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
436
437         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
438         for (;;) {
439                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
440                 if (word == old_word)
441                         break;
442                 word = old_word;
443         }
444 }
445
446 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
447 {
448         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
449                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
450                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
451
452         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
453                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
454 }
455
456 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
457 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
458 {
459         int ret = 0;
460         unsigned seq;
461         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
462         unsigned long sp, start_pfn;
463
464         do {
465                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
466                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
467                 sp = zone->spanned_pages;
468                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
469                         ret = 1;
470         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
471
472         if (ret)
473                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
474                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
475                         start_pfn, start_pfn + sp);
476
477         return ret;
478 }
479
480 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
481 {
482         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
483                 return 0;
484         if (zone != page_zone(page))
485                 return 0;
486
487         return 1;
488 }
489 /*
490  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
491  */
492 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
493 {
494         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
495                 return 1;
496         if (!page_is_consistent(zone, page))
497                 return 1;
498
499         return 0;
500 }
501 #else
502 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
503 {
504         return 0;
505 }
506 #endif
507
508 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
509                 unsigned long bad_flags)
510 {
511         static unsigned long resume;
512         static unsigned long nr_shown;
513         static unsigned long nr_unshown;
514
515         /*
516          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
517          * or allow a steady drip of one report per second.
518          */
519         if (nr_shown == 60) {
520                 if (time_before(jiffies, resume)) {
521                         nr_unshown++;
522                         goto out;
523                 }
524                 if (nr_unshown) {
525                         pr_alert(
526                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
527                                 nr_unshown);
528                         nr_unshown = 0;
529                 }
530                 nr_shown = 0;
531         }
532         if (nr_shown++ == 0)
533                 resume = jiffies + 60 * HZ;
534
535         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
536                 current->comm, page_to_pfn(page));
537         __dump_page(page, reason);
538         bad_flags &= page->flags;
539         if (bad_flags)
540                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
541                                                 bad_flags, &bad_flags);
542         dump_page_owner(page);
543
544         print_modules();
545         dump_stack();
546 out:
547         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
548         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
549         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
550 }
551
552 /*
553  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
554  *
555  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
556  *
557  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
558  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
559  *
560  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
561  * page destructors. See compound_page_dtors.
562  *
563  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
564  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
565  */
566
567 void free_compound_page(struct page *page)
568 {
569         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
570 }
571
572 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
573 {
574         int i;
575         int nr_pages = 1 << order;
576
577         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
578         set_compound_order(page, order);
579         __SetPageHead(page);
580         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
581                 struct page *p = page + i;
582                 set_page_count(p, 0);
583                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
584                 set_compound_head(p, page);
585         }
586         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
587 }
588
589 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
590 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
591 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
592                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
593 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
594 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
595
596 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
597 {
598         if (!buf)
599                 return -EINVAL;
600         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
601 }
602 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
603
604 static bool need_debug_guardpage(void)
605 {
606         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
607         if (!debug_pagealloc_enabled())
608                 return false;
609
610         if (!debug_guardpage_minorder())
611                 return false;
612
613         return true;
614 }
615
616 static void init_debug_guardpage(void)
617 {
618         if (!debug_pagealloc_enabled())
619                 return;
620
621         if (!debug_guardpage_minorder())
622                 return;
623
624         _debug_guardpage_enabled = true;
625 }
626
627 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
628         .need = need_debug_guardpage,
629         .init = init_debug_guardpage,
630 };
631
632 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
633 {
634         unsigned long res;
635
636         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
637                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
638                 return 0;
639         }
640         _debug_guardpage_minorder = res;
641         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
642         return 0;
643 }
644 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
645
646 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
647                                 unsigned int order, int migratetype)
648 {
649         struct page_ext *page_ext;
650
651         if (!debug_guardpage_enabled())
652                 return false;
653
654         if (order >= debug_guardpage_minorder())
655                 return false;
656
657         page_ext = lookup_page_ext(page);
658         if (unlikely(!page_ext))
659                 return false;
660
661         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
662
663         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
664         set_page_private(page, order);
665         /* Guard pages are not available for any usage */
666         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
667
668         return true;
669 }
670
671 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
672                                 unsigned int order, int migratetype)
673 {
674         struct page_ext *page_ext;
675
676         if (!debug_guardpage_enabled())
677                 return;
678
679         page_ext = lookup_page_ext(page);
680         if (unlikely(!page_ext))
681                 return;
682
683         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
684
685         set_page_private(page, 0);
686         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
687                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
688 }
689 #else
690 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
691 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
692                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
693 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
694                                 unsigned int order, int migratetype) {}
695 #endif
696
697 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
698 {
699         set_page_private(page, order);
700         __SetPageBuddy(page);
701 }
702
703 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
704 {
705         __ClearPageBuddy(page);
706         set_page_private(page, 0);
707 }
708
709 /*
710  * This function checks whether a page is free && is the buddy
711  * we can do coalesce a page and its buddy if
712  * (a) the buddy is not in a hole &&
713  * (b) the buddy is in the buddy system &&
714  * (c) a page and its buddy have the same order &&
715  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
716  *
717  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
718  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
719  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
720  * serialized by zone->lock.
721  *
722  * For recording page's order, we use page_private(page).
723  */
724 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
725                                                         unsigned int order)
726 {
727         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
728                 return 0;
729
730         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
731                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
732                         return 0;
733
734                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
735
736                 return 1;
737         }
738
739         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
740                 /*
741                  * zone check is done late to avoid uselessly
742                  * calculating zone/node ids for pages that could
743                  * never merge.
744                  */
745                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
746                         return 0;
747
748                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
749
750                 return 1;
751         }
752         return 0;
753 }
754
755 /*
756  * Freeing function for a buddy system allocator.
757  *
758  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
759  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
760  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
761  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
762  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
763  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
764  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
765  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
766  * parts of the VM system.
767  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
768  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
769  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
770  * field.
771  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
772  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
773  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
774  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
775  * triggers coalescing into a block of larger size.
776  *
777  * -- nyc
778  */
779
780 static inline void __free_one_page(struct page *page,
781                 unsigned long pfn,
782                 struct zone *zone, unsigned int order,
783                 int migratetype)
784 {
785         unsigned long page_idx;
786         unsigned long combined_idx;
787         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
788         struct page *buddy;
789         unsigned int max_order;
790
791         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
792
793         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
794         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
795
796         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
797         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
798                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
799
800         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
801
802         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
803         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
804
805 continue_merging:
806         while (order < max_order - 1) {
807                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
808                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
809                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
810                         goto done_merging;
811                 /*
812                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
813                  * merge with it and move up one order.
814                  */
815                 if (page_is_guard(buddy)) {
816                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
817                 } else {
818                         list_del(&buddy->lru);
819                         zone->free_area[order].nr_free--;
820                         rmv_page_order(buddy);
821                 }
822                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
823                 page = page + (combined_idx - page_idx);
824                 page_idx = combined_idx;
825                 order++;
826         }
827         if (max_order < MAX_ORDER) {
828                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
829                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
830                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
831                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
832                  *
833                  * We don't want to hit this code for the more frequent
834                  * low-order merging.
835                  */
836                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
837                         int buddy_mt;
838
839                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
840                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
841                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
842
843                         if (migratetype != buddy_mt
844                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
845                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
846                                 goto done_merging;
847                 }
848                 max_order++;
849                 goto continue_merging;
850         }
851
852 done_merging:
853         set_page_order(page, order);
854
855         /*
856          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
857          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
858          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
859          * that is happening, add the free page to the tail of the list
860          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
861          * as a higher order page
862          */
863         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
864                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
865                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
866                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
867                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
868                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
869                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
870                         list_add_tail(&page->lru,
871                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
872                         goto out;
873                 }
874         }
875
876         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
877 out:
878         zone->free_area[order].nr_free++;
879 }
880
881 /*
882  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
883  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
884  * check if necessary.
885  */
886 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
887                                         unsigned long check_flags)
888 {
889         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
890                 return false;
891
892         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
893                         page_ref_count(page) |
894 #ifdef CONFIG_MEMCG
895                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
896 #endif
897                         (page->flags & check_flags)))
898                 return false;
899
900         return true;
901 }
902
903 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
904 {
905         const char *bad_reason;
906         unsigned long bad_flags;
907
908         bad_reason = NULL;
909         bad_flags = 0;
910
911         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
912                 bad_reason = "nonzero mapcount";
913         if (unlikely(page->mapping != NULL))
914                 bad_reason = "non-NULL mapping";
915         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
916                 bad_reason = "nonzero _refcount";
917         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
918                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
919                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
920         }
921 #ifdef CONFIG_MEMCG
922         if (unlikely(page->mem_cgroup))
923                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
924 #endif
925         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
926 }
927
928 static inline int free_pages_check(struct page *page)
929 {
930         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
931                 return 0;
932
933         /* Something has gone sideways, find it */
934         free_pages_check_bad(page);
935         return 1;
936 }
937
938 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
939 {
940         int ret = 1;
941
942         /*
943          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
944          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
945          */
946         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
947
948         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
949                 ret = 0;
950                 goto out;
951         }
952         switch (page - head_page) {
953         case 1:
954                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
955                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
956                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
957                         goto out;
958                 }
959                 break;
960         case 2:
961                 /*
962                  * the second tail page: ->mapping is
963                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
964                  */
965                 break;
966         default:
967                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
968                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
969                         goto out;
970                 }
971                 break;
972         }
973         if (unlikely(!PageTail(page))) {
974                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
975                 goto out;
976         }
977         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
978                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
979                 goto out;
980         }
981         ret = 0;
982 out:
983         page->mapping = NULL;
984         clear_compound_head(page);
985         return ret;
986 }
987
988 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
989                                         unsigned int order, bool check_free)
990 {
991         int bad = 0;
992
993         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
994
995         trace_mm_page_free(page, order);
996         kmemcheck_free_shadow(page, order);
997
998         /*
999          * Check tail pages before head page information is cleared to
1000          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1001          */
1002         if (unlikely(order)) {
1003                 bool compound = PageCompound(page);
1004                 int i;
1005
1006                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1007
1008                 if (compound)
1009                         ClearPageDoubleMap(page);
1010                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1011                         if (compound)
1012                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1013                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1014                                 bad++;
1015                                 continue;
1016                         }
1017                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1018                 }
1019         }
1020         if (PageMappingFlags(page))
1021                 page->mapping = NULL;
1022         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1023                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1024         if (check_free)
1025                 bad += free_pages_check(page);
1026         if (bad)
1027                 return false;
1028
1029         page_cpupid_reset_last(page);
1030         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1031         reset_page_owner(page, order);
1032
1033         if (!PageHighMem(page)) {
1034                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1035                                            PAGE_SIZE << order);
1036                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1037                                            PAGE_SIZE << order);
1038         }
1039         arch_free_page(page, order);
1040         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1041         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1042         kasan_free_pages(page, order);
1043
1044         return true;
1045 }
1046
1047 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1048 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1049 {
1050         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1051 }
1052
1053 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1054 {
1055         return false;
1056 }
1057 #else
1058 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1059 {
1060         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1061 }
1062
1063 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1064 {
1065         return free_pages_check(page);
1066 }
1067 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1068
1069 /*
1070  * Frees a number of pages from the PCP lists
1071  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1072  * count is the number of pages to free.
1073  *
1074  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1075  * see if this freeing clears that state.
1076  *
1077  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1078  * pinned" detection logic.
1079  */
1080 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1081                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1082 {
1083         int migratetype = 0;
1084         int batch_free = 0;
1085         unsigned long nr_scanned;
1086         bool isolated_pageblocks;
1087
1088         spin_lock(&zone->lock);
1089         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1090         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1091         if (nr_scanned)
1092                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1093
1094         while (count) {
1095                 struct page *page;
1096                 struct list_head *list;
1097
1098                 /*
1099                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1100                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1101                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1102                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1103                  * lists
1104                  */
1105                 do {
1106                         batch_free++;
1107                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1108                                 migratetype = 0;
1109                         list = &pcp->lists[migratetype];
1110                 } while (list_empty(list));
1111
1112                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1113                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1114                         batch_free = count;
1115
1116                 do {
1117                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1118
1119                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1120                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1121                         list_del(&page->lru);
1122
1123                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1124                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1125                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1126                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1127                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1128                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1129
1130                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1131                                 continue;
1132
1133                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1134                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1135                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1136         }
1137         spin_unlock(&zone->lock);
1138 }
1139
1140 static void free_one_page(struct zone *zone,
1141                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1142                                 unsigned int order,
1143                                 int migratetype)
1144 {
1145         unsigned long nr_scanned;
1146         spin_lock(&zone->lock);
1147         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1148         if (nr_scanned)
1149                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1150
1151         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1152                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1153                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1154         }
1155         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1156         spin_unlock(&zone->lock);
1157 }
1158
1159 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1160                                 unsigned long zone, int nid)
1161 {
1162         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1163         init_page_count(page);
1164         page_mapcount_reset(page);
1165         page_cpupid_reset_last(page);
1166
1167         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1168 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1169         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1170         if (!is_highmem_idx(zone))
1171                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1172 #endif
1173 }
1174
1175 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1176                                         int nid)
1177 {
1178         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1179 }
1180
1181 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1182 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1183 {
1184         pg_data_t *pgdat;
1185         int nid, zid;
1186
1187         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1188                 return;
1189
1190         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1191         pgdat = NODE_DATA(nid);
1192
1193         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1194                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1195
1196                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1197                         break;
1198         }
1199         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1200 }
1201 #else
1202 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1203 {
1204 }
1205 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1206
1207 /*
1208  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1209  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1210  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1211  * sent to the buddy page allocator.
1212  */
1213 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1214 {
1215         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1216         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1217
1218         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1219                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1220                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1221
1222                         init_reserved_page(start_pfn);
1223
1224                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1225                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1226
1227                         SetPageReserved(page);
1228                 }
1229         }
1230 }
1231
1232 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1233 {
1234         unsigned long flags;
1235         int migratetype;
1236         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1237
1238         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1239                 return;
1240
1241         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1242         local_irq_save(flags);
1243         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1244         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1245         local_irq_restore(flags);
1246 }
1247
1248 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1249 {
1250         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1251         struct page *p = page;
1252         unsigned int loop;
1253
1254         prefetchw(p);
1255         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1256                 prefetchw(p + 1);
1257                 __ClearPageReserved(p);
1258                 set_page_count(p, 0);
1259         }
1260         __ClearPageReserved(p);
1261         set_page_count(p, 0);
1262
1263         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1264         set_page_refcounted(page);
1265         __free_pages(page, order);
1266 }
1267
1268 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1269         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1270
1271 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1272
1273 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1274 {
1275         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1276         int nid;
1277
1278         spin_lock(&early_pfn_lock);
1279         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1280         if (nid < 0)
1281                 nid = first_online_node;
1282         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1283
1284         return nid;
1285 }
1286 #endif
1287
1288 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1289 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1290                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1291 {
1292         int nid;
1293
1294         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1295         if (nid >= 0 && nid != node)
1296                 return false;
1297         return true;
1298 }
1299
1300 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1301 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1302 {
1303         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1304 }
1305
1306 #else
1307
1308 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1309 {
1310         return true;
1311 }
1312 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1313                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1314 {
1315         return true;
1316 }
1317 #endif
1318
1319
1320 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1321                                                         unsigned int order)
1322 {
1323         if (early_page_uninitialised(pfn))
1324                 return;
1325         return __free_pages_boot_core(page, order);
1326 }
1327
1328 /*
1329  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1330  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1331  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1332  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1333  * pageblocks.
1334  *
1335  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1336  *
1337  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1338  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1339  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1340  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1341  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1342  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1343  * page in a pageblock.
1344  */
1345 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1346                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1347 {
1348         struct page *start_page;
1349         struct page *end_page;
1350
1351         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1352         end_pfn--;
1353
1354         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1355                 return NULL;
1356
1357         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1358
1359         if (page_zone(start_page) != zone)
1360                 return NULL;
1361
1362         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1363
1364         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1365         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1366                 return NULL;
1367
1368         return start_page;
1369 }
1370
1371 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1372 {
1373         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1374         unsigned long block_end_pfn;
1375
1376         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1377         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1378                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1379                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1380
1381                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1382
1383                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1384                                              block_end_pfn, zone))
1385                         return;
1386         }
1387
1388         /* We confirm that there is no hole */
1389         zone->contiguous = true;
1390 }
1391
1392 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1393 {
1394         zone->contiguous = false;
1395 }
1396
1397 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1398 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1399                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1400 {
1401         int i;
1402
1403         if (!page)
1404                 return;
1405
1406         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1407         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1408             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1409                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1410                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1411                 return;
1412         }
1413
1414         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1415                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1416                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1417                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1418         }
1419 }
1420
1421 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1422 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1423 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1424
1425 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1426 {
1427         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1428                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1429 }
1430
1431 /* Initialise remaining memory on a node */
1432 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1433 {
1434         pg_data_t *pgdat = data;
1435         int nid = pgdat->node_id;
1436         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1437         unsigned long start = jiffies;
1438         unsigned long nr_pages = 0;
1439         unsigned long walk_start, walk_end;
1440         int i, zid;
1441         struct zone *zone;
1442         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1443         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1444
1445         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1446                 pgdat_init_report_one_done();
1447                 return 0;
1448         }
1449
1450         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1451         if (!cpumask_empty(cpumask))
1452                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1453
1454         /* Sanity check boundaries */
1455         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1456         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1457         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1458
1459         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1460         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1461                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1462                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1463                         break;
1464         }
1465
1466         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1467                 unsigned long pfn, end_pfn;
1468                 struct page *page = NULL;
1469                 struct page *free_base_page = NULL;
1470                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1471                 int nr_to_free = 0;
1472
1473                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1474                 pfn = first_init_pfn;
1475                 if (pfn < walk_start)
1476                         pfn = walk_start;
1477                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1478                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1479
1480                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1481                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1482                                 goto free_range;
1483
1484                         /*
1485                          * Ensure pfn_valid is checked every
1486                          * pageblock_nr_pages for memory holes
1487                          */
1488                         if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1489                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1490                                         page = NULL;
1491                                         goto free_range;
1492                                 }
1493                         }
1494
1495                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1496                                 page = NULL;
1497                                 goto free_range;
1498                         }
1499
1500                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1501                         if (page && (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) != 0) {
1502                                 page++;
1503                         } else {
1504                                 nr_pages += nr_to_free;
1505                                 deferred_free_range(free_base_page,
1506                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1507                                 free_base_page = NULL;
1508                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1509
1510                                 page = pfn_to_page(pfn);
1511                                 cond_resched();
1512                         }
1513
1514                         if (page->flags) {
1515                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1516                                 goto free_range;
1517                         }
1518
1519                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1520                         if (!free_base_page) {
1521                                 free_base_page = page;
1522                                 free_base_pfn = pfn;
1523                                 nr_to_free = 0;
1524                         }
1525                         nr_to_free++;
1526
1527                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1528                         continue;
1529 free_range:
1530                         /* Free the current block of pages to allocator */
1531                         nr_pages += nr_to_free;
1532                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1533                                                                 nr_to_free);
1534                         free_base_page = NULL;
1535                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1536                 }
1537                 /* Free the last block of pages to allocator */
1538                 nr_pages += nr_to_free;
1539                 deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn, nr_to_free);
1540
1541                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1542         }
1543
1544         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1545         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1546
1547         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1548                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1549
1550         pgdat_init_report_one_done();
1551         return 0;
1552 }
1553 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1554
1555 void __init page_alloc_init_late(void)
1556 {
1557         struct zone *zone;
1558
1559 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1560         int nid;
1561
1562         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1563         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1564         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1565                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1566         }
1567
1568         /* Block until all are initialised */
1569         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1570
1571         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1572         files_maxfiles_init();
1573 #endif
1574
1575         for_each_populated_zone(zone)
1576                 set_zone_contiguous(zone);
1577 }
1578
1579 #ifdef CONFIG_CMA
1580 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1581 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1582 {
1583         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1584         struct page *p = page;
1585
1586         do {
1587                 __ClearPageReserved(p);
1588                 set_page_count(p, 0);
1589         } while (++p, --i);
1590
1591         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1592
1593         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1594                 i = pageblock_nr_pages;
1595                 p = page;
1596                 do {
1597                         set_page_refcounted(p);
1598                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1599                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1600                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1601         } else {
1602                 set_page_refcounted(page);
1603                 __free_pages(page, pageblock_order);
1604         }
1605
1606         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1607 }
1608 #endif
1609
1610 /*
1611  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1612  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1613  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1614  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1615  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1616  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1617  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1618  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1619  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1620  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1621  *
1622  * -- nyc
1623  */
1624 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1625         int low, int high, struct free_area *area,
1626         int migratetype)
1627 {
1628         unsigned long size = 1 << high;
1629
1630         while (high > low) {
1631                 area--;
1632                 high--;
1633                 size >>= 1;
1634                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1635
1636                 /*
1637                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1638                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1639                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1640                  * pages will stay not present in virtual address space
1641                  */
1642                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1643                         continue;
1644
1645                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1646                 area->nr_free++;
1647                 set_page_order(&page[size], high);
1648         }
1649 }
1650
1651 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1652 {
1653         const char *bad_reason = NULL;
1654         unsigned long bad_flags = 0;
1655
1656         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1657                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1658         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1659                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1660         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1661                 bad_reason = "nonzero _count";
1662         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1663                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1664                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1665                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1666                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1667                 return;
1668         }
1669         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1670                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1671                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1672         }
1673 #ifdef CONFIG_MEMCG
1674         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1675                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1676 #endif
1677         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1678 }
1679
1680 /*
1681  * This page is about to be returned from the page allocator
1682  */
1683 static inline int check_new_page(struct page *page)
1684 {
1685         if (likely(page_expected_state(page,
1686                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1687                 return 0;
1688
1689         check_new_page_bad(page);
1690         return 1;
1691 }
1692
1693 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1694 {
1695         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1696                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1697 }
1698
1699 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1700 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1701 {
1702         return false;
1703 }
1704
1705 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1706 {
1707         return check_new_page(page);
1708 }
1709 #else
1710 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1711 {
1712         return check_new_page(page);
1713 }
1714 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1715 {
1716         return false;
1717 }
1718 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1719
1720 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1721 {
1722         int i;
1723         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1724                 struct page *p = page + i;
1725
1726                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1727                         return true;
1728         }
1729
1730         return false;
1731 }
1732
1733 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1734                                 gfp_t gfp_flags)
1735 {
1736         set_page_private(page, 0);
1737         set_page_refcounted(page);
1738
1739         arch_alloc_page(page, order);
1740         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1741         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1742         kasan_alloc_pages(page, order);
1743         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1744 }
1745
1746 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1747                                                         unsigned int alloc_flags)
1748 {
1749         int i;
1750         bool poisoned = true;
1751
1752         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1753                 struct page *p = page + i;
1754                 if (poisoned)
1755                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1756         }
1757
1758         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1759
1760         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1761                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1762                         clear_highpage(page + i);
1763
1764         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1765                 prep_compound_page(page, order);
1766
1767         /*
1768          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1769          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1770          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1771          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1772          */
1773         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1774                 set_page_pfmemalloc(page);
1775         else
1776                 clear_page_pfmemalloc(page);
1777 }
1778
1779 /*
1780  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1781  * the smallest available page from the freelists
1782  */
1783 static inline
1784 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1785                                                 int migratetype)
1786 {
1787         unsigned int current_order;
1788         struct free_area *area;
1789         struct page *page;
1790
1791         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1792         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1793                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1794                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1795                                                         struct page, lru);
1796                 if (!page)
1797                         continue;
1798                 list_del(&page->lru);
1799                 rmv_page_order(page);
1800                 area->nr_free--;
1801                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1802                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1803                 return page;
1804         }
1805
1806         return NULL;
1807 }
1808
1809
1810 /*
1811  * This array describes the order lists are fallen back to when
1812  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1813  */
1814 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1815         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1816         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1817         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1818 #ifdef CONFIG_CMA
1819         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1820 #endif
1821 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1822         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1823 #endif
1824 };
1825
1826 #ifdef CONFIG_CMA
1827 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1828                                         unsigned int order)
1829 {
1830         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1831 }
1832 #else
1833 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1834                                         unsigned int order) { return NULL; }
1835 #endif
1836
1837 /*
1838  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1839  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1840  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1841  */
1842 int move_freepages(struct zone *zone,
1843                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1844                           int migratetype)
1845 {
1846         struct page *page;
1847         unsigned int order;
1848         int pages_moved = 0;
1849
1850 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1851         /*
1852          * page_zone is not safe to call in this context when
1853          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1854          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1855          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1856          * grouping pages by mobility
1857          */
1858         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1859 #endif
1860
1861         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1862                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1863                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1864
1865                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1866                         page++;
1867                         continue;
1868                 }
1869
1870                 if (!PageBuddy(page)) {
1871                         page++;
1872                         continue;
1873                 }
1874
1875                 order = page_order(page);
1876                 list_move(&page->lru,
1877                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1878                 page += 1 << order;
1879                 pages_moved += 1 << order;
1880         }
1881
1882         return pages_moved;
1883 }
1884
1885 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1886                                 int migratetype)
1887 {
1888         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1889         struct page *start_page, *end_page;
1890
1891         start_pfn = page_to_pfn(page);
1892         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1893         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1894         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1895         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1896
1897         /* Do not cross zone boundaries */
1898         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1899                 start_page = page;
1900         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1901                 return 0;
1902
1903         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1904 }
1905
1906 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1907                                         int start_order, int migratetype)
1908 {
1909         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1910
1911         while (nr_pageblocks--) {
1912                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1913                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1914         }
1915 }
1916
1917 /*
1918  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1919  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1920  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1921  *
1922  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1923  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1924  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1925  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1926  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1927  * pageblocks.
1928  */
1929 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1930 {
1931         /*
1932          * Leaving this order check is intended, although there is
1933          * relaxed order check in next check. The reason is that
1934          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1935          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1936          * so could be changed anytime.
1937          */
1938         if (order >= pageblock_order)
1939                 return true;
1940
1941         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1942                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1943                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1944                 page_group_by_mobility_disabled)
1945                 return true;
1946
1947         return false;
1948 }
1949
1950 /*
1951  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1952  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1953  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1954  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1955  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1956  */
1957 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1958                                                           int start_type)
1959 {
1960         unsigned int current_order = page_order(page);
1961         int pages;
1962
1963         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1964         if (current_order >= pageblock_order) {
1965                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1966                 return;
1967         }
1968
1969         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1970
1971         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1972         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1973                         page_group_by_mobility_disabled)
1974                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1975 }
1976
1977 /*
1978  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1979  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1980  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1981  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1982  */
1983 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1984                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1985 {
1986         int i;
1987         int fallback_mt;
1988
1989         if (area->nr_free == 0)
1990                 return -1;
1991
1992         *can_steal = false;
1993         for (i = 0;; i++) {
1994                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1995                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1996                         break;
1997
1998                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1999                         continue;
2000
2001                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2002                         *can_steal = true;
2003
2004                 if (!only_stealable)
2005                         return fallback_mt;
2006
2007                 if (*can_steal)
2008                         return fallback_mt;
2009         }
2010
2011         return -1;
2012 }
2013
2014 /*
2015  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2016  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2017  */
2018 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2019                                 unsigned int alloc_order)
2020 {
2021         int mt;
2022         unsigned long max_managed, flags;
2023
2024         /*
2025          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2026          * Check is race-prone but harmless.
2027          */
2028         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2029         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2030                 return;
2031
2032         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2033
2034         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2035         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2036                 goto out_unlock;
2037
2038         /* Yoink! */
2039         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2040         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2041                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2042                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2043                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2044                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2045         }
2046
2047 out_unlock:
2048         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2049 }
2050
2051 /*
2052  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2053  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2054  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2055  * to recover from than an OOM.
2056  */
2057 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
2058 {
2059         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2060         unsigned long flags;
2061         struct zoneref *z;
2062         struct zone *zone;
2063         struct page *page;
2064         int order;
2065
2066         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2067                                                                 ac->nodemask) {
2068                 /* Preserve at least one pageblock */
2069                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
2070                         continue;
2071
2072                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2073                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2074                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2075
2076                         page = list_first_entry_or_null(
2077                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2078                                         struct page, lru);
2079                         if (!page)
2080                                 continue;
2081
2082                         /*
2083                          * It should never happen but changes to locking could
2084                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
2085                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
2086                          * and watch for underflows.
2087                          */
2088                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
2089                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2090
2091                         /*
2092                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2093                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2094                          * is doing the work and needs the pages. More
2095                          * importantly, if the block was always converted to
2096                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2097                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2098                          * may increase.
2099                          */
2100                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2101                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2102                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2103                         return;
2104                 }
2105                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2106         }
2107 }
2108
2109 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2110 static inline struct page *
2111 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2112 {
2113         struct free_area *area;
2114         unsigned int current_order;
2115         struct page *page;
2116         int fallback_mt;
2117         bool can_steal;
2118
2119         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2120         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2121                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2122                                 --current_order) {
2123                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2124                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2125                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2126                 if (fallback_mt == -1)
2127                         continue;
2128
2129                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2130                                                 struct page, lru);
2131                 if (can_steal)
2132                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2133
2134                 /* Remove the page from the freelists */
2135                 area->nr_free--;
2136                 list_del(&page->lru);
2137                 rmv_page_order(page);
2138
2139                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2140                                         start_migratetype);
2141                 /*
2142                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2143                  * migratetype depending on the decisions in
2144                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2145                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2146                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2147                  */
2148                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2149
2150                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2151                         start_migratetype, fallback_mt);
2152
2153                 return page;
2154         }
2155
2156         return NULL;
2157 }
2158
2159 /*
2160  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2161  * Call me with the zone->lock already held.
2162  */
2163 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2164                                 int migratetype)
2165 {
2166         struct page *page;
2167
2168         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2169         if (unlikely(!page)) {
2170                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2171                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2172
2173                 if (!page)
2174                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2175         }
2176
2177         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2178         return page;
2179 }
2180
2181 /*
2182  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2183  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2184  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2185  */
2186 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2187                         unsigned long count, struct list_head *list,
2188                         int migratetype, bool cold)
2189 {
2190         int i;
2191
2192         spin_lock(&zone->lock);
2193         for (i = 0; i < count; ++i) {
2194                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2195                 if (unlikely(page == NULL))
2196                         break;
2197
2198                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2199                         continue;
2200
2201                 /*
2202                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2203                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2204                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2205                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2206                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2207                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2208                  * properly.
2209                  */
2210                 if (likely(!cold))
2211                         list_add(&page->lru, list);
2212                 else
2213                         list_add_tail(&page->lru, list);
2214                 list = &page->lru;
2215                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2216                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2217                                               -(1 << order));
2218         }
2219         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2220         spin_unlock(&zone->lock);
2221         return i;
2222 }
2223
2224 #ifdef CONFIG_NUMA
2225 /*
2226  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2227  * currently executing processor on remote nodes after they have
2228  * expired.
2229  *
2230  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2231  * a single processor.
2232  */
2233 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2234 {
2235         unsigned long flags;
2236         int to_drain, batch;
2237
2238         local_irq_save(flags);
2239         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2240         to_drain = min(pcp->count, batch);
2241         if (to_drain > 0) {
2242                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2243                 pcp->count -= to_drain;
2244         }
2245         local_irq_restore(flags);
2246 }
2247 #endif
2248
2249 /*
2250  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2251  *
2252  * The processor must either be the current processor and the
2253  * thread pinned to the current processor or a processor that
2254  * is not online.
2255  */
2256 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2257 {
2258         unsigned long flags;
2259         struct per_cpu_pageset *pset;
2260         struct per_cpu_pages *pcp;
2261
2262         local_irq_save(flags);
2263         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2264
2265         pcp = &pset->pcp;
2266         if (pcp->count) {
2267                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2268                 pcp->count = 0;
2269         }
2270         local_irq_restore(flags);
2271 }
2272
2273 /*
2274  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2275  *
2276  * The processor must either be the current processor and the
2277  * thread pinned to the current processor or a processor that
2278  * is not online.
2279  */
2280 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2281 {
2282         struct zone *zone;
2283
2284         for_each_populated_zone(zone) {
2285                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2286         }
2287 }
2288
2289 /*
2290  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2291  *
2292  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2293  * the single zone's pages.
2294  */
2295 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2296 {
2297         int cpu = smp_processor_id();
2298
2299         if (zone)
2300                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2301         else
2302                 drain_pages(cpu);
2303 }
2304
2305 /*
2306  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2307  *
2308  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2309  *
2310  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2311  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2312  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2313  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2314  * before the call to on_each_cpu_mask().
2315  */
2316 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2317 {
2318         int cpu;
2319
2320         /*
2321          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2322          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2323          */
2324         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2325
2326         /*
2327          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2328          * as offline notification will cause the notified
2329          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2330          * disables preemption as part of its processing
2331          */
2332         for_each_online_cpu(cpu) {
2333                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2334                 struct zone *z;
2335                 bool has_pcps = false;
2336
2337                 if (zone) {
2338                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2339                         if (pcp->pcp.count)
2340                                 has_pcps = true;
2341                 } else {
2342                         for_each_populated_zone(z) {
2343                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2344                                 if (pcp->pcp.count) {
2345                                         has_pcps = true;
2346                                         break;
2347                                 }
2348                         }
2349                 }
2350
2351                 if (has_pcps)
2352                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2353                 else
2354                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2355         }
2356         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2357                                                                 zone, 1);
2358 }
2359
2360 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2361
2362 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2363 {
2364         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2365         unsigned long flags;
2366         unsigned int order, t;
2367         struct page *page;
2368
2369         if (zone_is_empty(zone))
2370                 return;
2371
2372         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2373
2374         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2375         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2376                 if (pfn_valid(pfn)) {
2377                         page = pfn_to_page(pfn);
2378
2379                         if (page_zone(page) != zone)
2380                                 continue;
2381
2382                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2383                                 swsusp_unset_page_free(page);
2384                 }
2385
2386         for_each_migratetype_order(order, t) {
2387                 list_for_each_entry(page,
2388                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2389                         unsigned long i;
2390
2391                         pfn = page_to_pfn(page);
2392                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2393                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2394                 }
2395         }
2396         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2397 }
2398 #endif /* CONFIG_PM */
2399
2400 /*
2401  * Free a 0-order page
2402  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2403  */
2404 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2405 {
2406         struct zone *zone = page_zone(page);
2407         struct per_cpu_pages *pcp;
2408         unsigned long flags;
2409         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2410         int migratetype;
2411
2412         if (!free_pcp_prepare(page))
2413                 return;
2414
2415         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2416         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2417         local_irq_save(flags);
2418         __count_vm_event(PGFREE);
2419
2420         /*
2421          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2422          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2423          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2424          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2425          * excessively into the page allocator
2426          */
2427         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2428                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2429                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2430                         goto out;
2431                 }
2432                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2433         }
2434
2435         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2436         if (!cold)
2437                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2438         else
2439                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2440         pcp->count++;
2441         if (pcp->count >= pcp->high) {
2442                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2443                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2444                 pcp->count -= batch;
2445         }
2446
2447 out:
2448         local_irq_restore(flags);
2449 }
2450
2451 /*
2452  * Free a list of 0-order pages
2453  */
2454 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2455 {
2456         struct page *page, *next;
2457
2458         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2459                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2460                 free_hot_cold_page(page, cold);
2461         }
2462 }
2463
2464 /*
2465  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2466  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2467  * Each sub-page must be freed individually.
2468  *
2469  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2470  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2471  */
2472 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2473 {
2474         int i;
2475
2476         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2477         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2478
2479 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2480         /*
2481          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2482          * otherwise free the whole shadow.
2483          */
2484         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2485                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2486 #endif
2487
2488         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2489                 set_page_refcounted(page + i);
2490         split_page_owner(page, order);
2491 }
2492 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2493
2494 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2495 {
2496         unsigned long watermark;
2497         struct zone *zone;
2498         int mt;
2499
2500         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2501
2502         zone = page_zone(page);
2503         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2504
2505         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2506                 /*
2507                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2508                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2509                  * watermark, because we already know our high-order page
2510                  * exists.
2511                  */
2512                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2513                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2514                         return 0;
2515
2516                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2517         }
2518
2519         /* Remove page from free list */
2520         list_del(&page->lru);
2521         zone->free_area[order].nr_free--;
2522         rmv_page_order(page);
2523
2524         /*
2525          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2526          * pageblock
2527          */
2528         if (order >= pageblock_order - 1) {
2529                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2530                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2531                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2532                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2533                                 set_pageblock_migratetype(page,
2534                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2535                 }
2536         }
2537
2538
2539         return 1UL << order;
2540 }
2541
2542 /*
2543  * Update NUMA hit/miss statistics
2544  *
2545  * Must be called with interrupts disabled.
2546  *
2547  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2548  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2549  * memory on behalf of other processes.
2550  */
2551 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2552                                                                 gfp_t flags)
2553 {
2554 #ifdef CONFIG_NUMA
2555         int local_nid = numa_node_id();
2556         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2557
2558         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2559                 local_stat = NUMA_OTHER;
2560                 local_nid = preferred_zone->node;
2561         }
2562
2563         if (z->node == local_nid) {
2564                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2565                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2566         } else {
2567                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2568                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2569         }
2570 #endif
2571 }
2572
2573 /*
2574  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2575  */
2576 static inline
2577 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2578                         struct zone *zone, unsigned int order,
2579                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2580                         int migratetype)
2581 {
2582         unsigned long flags;
2583         struct page *page;
2584         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2585
2586         if (likely(order == 0)) {
2587                 struct per_cpu_pages *pcp;
2588                 struct list_head *list;
2589
2590                 local_irq_save(flags);
2591                 do {
2592                         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2593                         list = &pcp->lists[migratetype];
2594                         if (list_empty(list)) {
2595                                 pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2596                                                 pcp->batch, list,
2597                                                 migratetype, cold);
2598                                 if (unlikely(list_empty(list)))
2599                                         goto failed;
2600                         }
2601
2602                         if (cold)
2603                                 page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2604                         else
2605                                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2606
2607                         list_del(&page->lru);
2608                         pcp->count--;
2609
2610                 } while (check_new_pcp(page));
2611         } else {
2612                 /*
2613                  * We most definitely don't want callers attempting to
2614                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2615                  */
2616                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2617                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2618
2619                 do {
2620                         page = NULL;
2621                         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2622                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2623                                 if (page)
2624                                         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2625                         }
2626                         if (!page)
2627                                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2628                 } while (page && check_new_pages(page, order));
2629                 spin_unlock(&zone->lock);
2630                 if (!page)
2631                         goto failed;
2632                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2633                                           get_pcppage_migratetype(page));
2634         }
2635
2636         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2637         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2638         local_irq_restore(flags);
2639
2640         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2641         return page;
2642
2643 failed:
2644         local_irq_restore(flags);
2645         return NULL;
2646 }
2647
2648 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2649
2650 static struct {
2651         struct fault_attr attr;
2652
2653         bool ignore_gfp_highmem;
2654         bool ignore_gfp_reclaim;
2655         u32 min_order;
2656 } fail_page_alloc = {
2657         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2658         .ignore_gfp_reclaim = true,
2659         .ignore_gfp_highmem = true,
2660         .min_order = 1,
2661 };
2662
2663 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2664 {
2665         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2666 }
2667 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2668
2669 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2670 {
2671         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2672                 return false;
2673         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2674                 return false;
2675         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2676                 return false;
2677         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2678                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2679                 return false;
2680
2681         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2682 }
2683
2684 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2685
2686 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2687 {
2688         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2689         struct dentry *dir;
2690
2691         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2692                                         &fail_page_alloc.attr);
2693         if (IS_ERR(dir))
2694                 return PTR_ERR(dir);
2695
2696         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2697                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2698                 goto fail;
2699         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2700                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2701                 goto fail;
2702         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2703                                 &fail_page_alloc.min_order))
2704                 goto fail;
2705
2706         return 0;
2707 fail:
2708         debugfs_remove_recursive(dir);
2709
2710         return -ENOMEM;
2711 }
2712
2713 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2714
2715 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2716
2717 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2718
2719 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2720 {
2721         return false;
2722 }
2723
2724 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2725
2726 /*
2727  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2728  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2729  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2730  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2731  */
2732 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2733                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2734                          long free_pages)
2735 {
2736         long min = mark;
2737         int o;
2738         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2739
2740         /* free_pages may go negative - that's OK */
2741         free_pages -= (1 << order) - 1;
2742
2743         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2744                 min -= min / 2;
2745
2746         /*
2747          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2748          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2749          * atomic reserve but it avoids a search.
2750          */
2751         if (likely(!alloc_harder))
2752                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2753         else
2754                 min -= min / 4;
2755
2756 #ifdef CONFIG_CMA
2757         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2758         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2759                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2760 #endif
2761
2762         /*
2763          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2764          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2765          * even if a suitable page happened to be free.
2766          */
2767         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2768                 return false;
2769
2770         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2771         if (!order)
2772                 return true;
2773
2774         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2775         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2776                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2777                 int mt;
2778
2779                 if (!area->nr_free)
2780                         continue;
2781
2782                 if (alloc_harder)
2783                         return true;
2784
2785                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2786                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2787                                 return true;
2788                 }
2789
2790 #ifdef CONFIG_CMA
2791                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2792                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2793                         return true;
2794                 }
2795 #endif
2796         }
2797         return false;
2798 }
2799
2800 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2801                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2802 {
2803         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2804                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2805 }
2806
2807 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2808                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2809 {
2810         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2811         long cma_pages = 0;
2812
2813 #ifdef CONFIG_CMA
2814         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2815         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2816                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2817 #endif
2818
2819         /*
2820          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2821          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2822          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2823          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2824          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2825          */
2826         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2827                 return true;
2828
2829         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2830                                         free_pages);
2831 }
2832
2833 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2834                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2835 {
2836         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2837
2838         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2839                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2840
2841         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2842                                                                 free_pages);
2843 }
2844
2845 #ifdef CONFIG_NUMA
2846 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2847 {
2848         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2849                                 RECLAIM_DISTANCE;
2850 }
2851 #else   /* CONFIG_NUMA */
2852 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2853 {
2854         return true;
2855 }
2856 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2857
2858 /*
2859  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2860  * a page.
2861  */
2862 static struct page *
2863 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2864                                                 const struct alloc_context *ac)
2865 {
2866         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2867         struct zone *zone;
2868         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
2869
2870         /*
2871          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2872          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2873          */
2874         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2875                                                                 ac->nodemask) {
2876                 struct page *page;
2877                 unsigned long mark;
2878
2879                 if (cpusets_enabled() &&
2880                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2881                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2882                                 continue;
2883                 /*
2884                  * When allocating a page cache page for writing, we
2885                  * want to get it from a node that is within its dirty
2886                  * limit, such that no single node holds more than its
2887                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2888                  * The dirty limits take into account the node's
2889                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2890                  * should be able to balance it without having to
2891                  * write pages from its LRU list.
2892                  *
2893                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2894                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
2895                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2896                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2897                  * nodes are together not big enough to reach the
2898                  * global limit.  The proper fix for these situations
2899                  * will require awareness of nodes in the
2900                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2901                  */
2902                 if (ac->spread_dirty_pages) {
2903                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
2904                                 continue;
2905
2906                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
2907                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
2908                                 continue;
2909                         }
2910                 }
2911
2912                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2913                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
2914                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
2915                         int ret;
2916
2917                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2918                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2919                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2920                                 goto try_this_zone;
2921
2922                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
2923                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
2924                                 continue;
2925
2926                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
2927                         switch (ret) {
2928                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
2929                                 /* did not scan */
2930                                 continue;
2931                         case NODE_RECLAIM_FULL:
2932                                 /* scanned but unreclaimable */
2933                                 continue;
2934                         default:
2935                                 /* did we reclaim enough */
2936                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2937                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
2938                                         goto try_this_zone;
2939
2940                                 continue;
2941                         }
2942                 }
2943
2944 try_this_zone:
2945                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
2946                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2947                 if (page) {
2948                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
2949
2950                         /*
2951                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2952                          * if the pageblock should be reserved for the future
2953                          */
2954                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2955                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2956
2957                         return page;
2958                 }
2959         }
2960
2961         return NULL;
2962 }
2963
2964 /*
2965  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2966  * meminfo in irq context.
2967  */
2968 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2969 {
2970         bool ret = false;
2971
2972 #if NODES_SHIFT > 8
2973         ret = in_interrupt();
2974 #endif
2975         return ret;
2976 }
2977
2978 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2979                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2980                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2981
2982 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2983 {
2984         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2985
2986         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2987             debug_guardpage_minorder() > 0)
2988                 return;
2989
2990         /*
2991          * This documents exceptions given to allocations in certain
2992          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2993          * of allowed nodes.
2994          */
2995         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2996                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2997                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2998                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2999         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3000                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3001
3002         if (fmt) {
3003                 struct va_format vaf;
3004                 va_list args;
3005
3006                 va_start(args, fmt);
3007
3008                 vaf.fmt = fmt;
3009                 vaf.va = &args;
3010
3011                 pr_warn("%pV", &vaf);
3012
3013                 va_end(args);
3014         }
3015
3016         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
3017                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
3018         dump_stack();
3019         if (!should_suppress_show_mem())
3020                 show_mem(filter);
3021 }
3022
3023 static inline struct page *
3024 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3025         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3026 {
3027         struct oom_control oc = {
3028                 .zonelist = ac->zonelist,
3029                 .nodemask = ac->nodemask,
3030                 .memcg = NULL,
3031                 .gfp_mask = gfp_mask,
3032                 .order = order,
3033         };
3034         struct page *page;
3035
3036         *did_some_progress = 0;
3037
3038         /*
3039          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3040          * making progress for us.
3041          */
3042         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3043                 *did_some_progress = 1;
3044                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3045                 return NULL;
3046         }
3047
3048         /*
3049          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3050          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3051          * we're still under heavy pressure.
3052          */
3053         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3054                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3055         if (page)
3056                 goto out;
3057
3058         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3059                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3060                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3061                         goto out;
3062                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3063                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3064                         goto out;
3065                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3066                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3067                         goto out;
3068                 if (pm_suspended_storage())
3069                         goto out;
3070                 /*
3071                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3072                  * other request to make a forward progress.
3073                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3074                  * do much for this context but let's try it to at least get
3075                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
3076                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3077                  * failures more gracefully we should just bail out here.
3078                  */
3079
3080                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3081                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3082                         goto out;
3083         }
3084         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3085         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3086                 *did_some_progress = 1;
3087
3088                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3089                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3090                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
3091                         /*
3092                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3093                          * are depleted
3094                          */
3095                         if (!page)
3096                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3097                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3098                 }
3099         }
3100 out:
3101         mutex_unlock(&oom_lock);
3102         return page;
3103 }
3104
3105 /*
3106  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3107  * killer is consider as the only way to move forward.
3108  */
3109 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3110
3111 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3112 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3113 static struct page *
3114 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3115                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3116                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3117 {
3118         struct page *page;
3119
3120         if (!order)
3121                 return NULL;
3122
3123         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3124         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3125                                                                         prio);
3126         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3127
3128         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3129                 return NULL;
3130
3131         /*
3132          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3133          * count a compaction stall
3134          */
3135         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3136
3137         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3138
3139         if (page) {
3140                 struct zone *zone = page_zone(page);
3141
3142                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3143                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3144                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3145                 return page;
3146         }
3147
3148         /*
3149          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3150          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3151          */
3152         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3153
3154         cond_resched();
3155
3156         return NULL;
3157 }
3158
3159 #else
3160 static inline struct page *
3161 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3162                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3163                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3164 {
3165         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3166         return NULL;
3167 }
3168
3169 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3170
3171 static inline bool
3172 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3173                      enum compact_result compact_result,
3174                      enum compact_priority *compact_priority,
3175                      int compaction_retries)
3176 {
3177         struct zone *zone;
3178         struct zoneref *z;
3179
3180         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3181                 return false;
3182
3183         /*
3184          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3185          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3186          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3187          * watermarks are OK.
3188          */
3189         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3190                                         ac->nodemask) {
3191                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3192                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3193                         return true;
3194         }
3195         return false;
3196 }
3197
3198 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3199 static int
3200 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3201                                         const struct alloc_context *ac)
3202 {
3203         struct reclaim_state reclaim_state;
3204         int progress;
3205
3206         cond_resched();
3207
3208         /* We now go into synchronous reclaim */
3209         cpuset_memory_pressure_bump();
3210         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3211         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3212         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3213         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3214
3215         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3216                                                                 ac->nodemask);
3217
3218         current->reclaim_state = NULL;
3219         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3220         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3221
3222         cond_resched();
3223
3224         return progress;
3225 }
3226
3227 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3228 static inline struct page *
3229 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3230                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3231                 unsigned long *did_some_progress)
3232 {
3233         struct page *page = NULL;
3234         bool drained = false;
3235
3236         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3237         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3238                 return NULL;
3239
3240 retry:
3241         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3242
3243         /*
3244          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3245          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3246          * Shrink them them and try again
3247          */
3248         if (!page && !drained) {
3249                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3250                 drain_all_pages(NULL);
3251                 drained = true;
3252                 goto retry;
3253         }
3254
3255         return page;
3256 }
3257
3258 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3259 {
3260         struct zoneref *z;
3261         struct zone *zone;
3262         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3263
3264         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3265                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3266                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3267                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3268                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3269         }
3270 }
3271
3272 static inline unsigned int
3273 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3274 {
3275         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3276
3277         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3278         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3279
3280         /*
3281          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3282          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3283          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3284          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3285          */
3286         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3287
3288         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3289                 /*
3290                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3291                  * if it can't schedule.
3292                  */
3293                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3294                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3295                 /*
3296                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3297                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3298                  */
3299                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3300         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3301                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3302
3303 #ifdef CONFIG_CMA
3304         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3305                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3306 #endif
3307         return alloc_flags;
3308 }
3309
3310 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3311 {
3312         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3313                 return false;
3314
3315         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3316                 return true;
3317         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3318                 return true;
3319         if (!in_interrupt() &&
3320                         ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3321                          unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3322                 return true;
3323
3324         return false;
3325 }
3326
3327 /*
3328  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3329  * is consider as the only way to move forward.
3330  */
3331 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3332
3333 /*
3334  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3335  * for the given allocation request.
3336  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3337  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3338  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3339  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3340  * no_progress_loops).
3341  *
3342  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3343  */
3344 static inline bool
3345 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3346                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3347                      bool did_some_progress, int no_progress_loops)
3348 {
3349         struct zone *zone;
3350         struct zoneref *z;
3351
3352         /*
3353          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3354          * several times in the row.
3355          */
3356         if (no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3357                 return false;
3358
3359         /*
3360          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3361          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3362          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3363          * screwed and have to go OOM.
3364          */
3365         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3366                                         ac->nodemask) {
3367                 unsigned long available;
3368                 unsigned long reclaimable;
3369
3370                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3371                 available -= DIV_ROUND_UP(no_progress_loops * available,
3372                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3373                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3374
3375                 /*
3376                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3377                  * available?
3378                  */
3379                 if (__zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark_pages(zone),
3380                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available)) {
3381                         /*
3382                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3383                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3384                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3385                          * prevent from pre mature OOM
3386                          */
3387                         if (!did_some_progress) {
3388                                 unsigned long write_pending;
3389
3390                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3391                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3392
3393                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3394                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3395                                         return true;
3396                                 }
3397                         }
3398
3399                         /*
3400                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3401                          * context and the current implementation of the WQ
3402                          * concurrency control doesn't recognize that
3403                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3404                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3405                          * do a short sleep here rather than calling
3406                          * cond_resched().
3407                          */
3408                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3409                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3410                         else
3411                                 cond_resched();
3412
3413                         return true;
3414                 }
3415         }
3416
3417         return false;
3418 }
3419
3420 static inline struct page *
3421 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3422                                                 struct alloc_context *ac)
3423 {
3424         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3425         struct page *page = NULL;
3426         unsigned int alloc_flags;
3427         unsigned long did_some_progress;
3428         enum compact_priority compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3429         enum compact_result compact_result;
3430         int compaction_retries = 0;
3431         int no_progress_loops = 0;
3432
3433         /*
3434          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3435          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3436          * be using allocators in order of preference for an area that is
3437          * too large.
3438          */
3439         if (order >= MAX_ORDER) {
3440                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3441                 return NULL;
3442         }
3443
3444         /*
3445          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3446          * callers that are not in atomic context.
3447          */
3448         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3449                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3450                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3451
3452         /*
3453          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3454          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3455          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3456          */
3457         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3458
3459         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3460                 wake_all_kswapds(order, ac);
3461
3462         /*
3463          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3464          * that first
3465          */
3466         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3467         if (page)
3468                 goto got_pg;
3469
3470         /*
3471          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3472          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. Don't try
3473          * that for allocations that are allowed to ignore watermarks, as the
3474          * ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3475          */
3476         if (can_direct_reclaim && order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3477                 !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3478                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3479                                                 alloc_flags, ac,
3480                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3481                                                 &compact_result);
3482                 if (page)
3483                         goto got_pg;
3484
3485                 /*
3486                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3487                  * includes THP page fault allocations
3488                  */
3489                 if (gfp_mask & __GFP_NORETRY) {
3490                         /*
3491                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
3492                          * it is because sync compaction recently failed. If
3493                          * this is the case and the caller requested a THP
3494                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
3495                          * system, so we fail the allocation instead of entering
3496                          * direct reclaim.
3497                          */
3498                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3499                                 goto nopage;
3500
3501                         /*
3502                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
3503                          * sync compaction could be very expensive, so keep
3504                          * using async compaction.
3505                          */
3506                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
3507                 }
3508         }
3509
3510 retry:
3511         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
3512         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3513                 wake_all_kswapds(order, ac);
3514
3515         if (gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask))
3516                 alloc_flags = ALLOC_NO_WATERMARKS;
3517
3518         /*
3519          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3520          * These allocations are high priority and system rather than user
3521          * orientated.
3522          */
3523         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
3524                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3525                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3526                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3527         }
3528
3529         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
3530         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3531         if (page)
3532                 goto got_pg;
3533
3534         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3535         if (!can_direct_reclaim) {
3536                 /*
3537                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3538                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3539                  * to fail.
3540                  */
3541                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3542                 goto nopage;
3543         }
3544
3545         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3546         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3547                 /*
3548                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3549                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3550                  * for somebody to do a work for us.
3551                  */
3552                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3553                         cond_resched();
3554                         goto retry;
3555                 }
3556                 goto nopage;
3557         }
3558
3559         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3560         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3561                 goto nopage;
3562
3563
3564         /* Try direct reclaim and then allocating */
3565         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3566                                                         &did_some_progress);
3567         if (page)
3568                 goto got_pg;
3569
3570         /* Try direct compaction and then allocating */
3571         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3572                                         compact_priority, &compact_result);
3573         if (page)
3574                 goto got_pg;
3575
3576         if (order && compaction_made_progress(compact_result))
3577                 compaction_retries++;
3578
3579         /* Do not loop if specifically requested */
3580         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3581                 goto nopage;
3582
3583         /*
3584          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3585          * __GFP_REPEAT
3586          */
3587         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3588                 goto nopage;
3589
3590         /*
3591          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3592          * their order will become available due to high fragmentation so
3593          * always increment the no progress counter for them
3594          */
3595         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3596                 no_progress_loops = 0;
3597         else
3598                 no_progress_loops++;
3599
3600         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3601                                  did_some_progress > 0, no_progress_loops))
3602                 goto retry;
3603
3604         /*
3605          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3606          * reclaim is not able to make any progress because the current
3607          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3608          * of free memory (see __compaction_suitable)
3609          */
3610         if (did_some_progress > 0 &&
3611                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3612                                 compact_result, &compact_priority,
3613                                 compaction_retries))
3614                 goto retry;
3615
3616         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3617         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3618         if (page)
3619                 goto got_pg;
3620
3621         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3622         if (did_some_progress) {
3623                 no_progress_loops = 0;
3624                 goto retry;
3625         }
3626
3627 nopage:
3628         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3629 got_pg:
3630         return page;
3631 }
3632
3633 /*
3634  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3635  */
3636 struct page *
3637 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3638                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3639 {
3640         struct page *page;
3641         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3642         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3643         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3644         struct alloc_context ac = {
3645                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3646                 .zonelist = zonelist,
3647                 .nodemask = nodemask,
3648                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3649         };
3650
3651         if (cpusets_enabled()) {
3652                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3653                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3654                 if (!ac.nodemask)
3655                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3656         }
3657
3658         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3659
3660         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3661
3662         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3663
3664         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3665                 return NULL;
3666
3667         /*
3668          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3669          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3670          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3671          */
3672         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3673                 return NULL;
3674
3675         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3676                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3677
3678 retry_cpuset:
3679         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3680
3681         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3682         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3683
3684         /*
3685          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3686          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3687          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3688          */
3689         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3690                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3691         if (!ac.preferred_zoneref) {
3692                 page = NULL;
3693                 goto no_zone;
3694         }
3695
3696         /* First allocation attempt */
3697         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3698         if (likely(page))
3699                 goto out;
3700
3701         /*
3702          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3703          * because I/O on the device might not complete.
3704          */
3705         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3706         ac.spread_dirty_pages = false;
3707
3708         /*
3709          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3710          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3711          */
3712         if (cpusets_enabled())
3713                 ac.nodemask = nodemask;
3714         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3715
3716 no_zone:
3717         /*
3718          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3719          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3720          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3721          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3722          */
3723         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3724                 alloc_mask = gfp_mask;
3725                 goto retry_cpuset;
3726         }
3727
3728 out:
3729         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
3730             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
3731                 __free_pages(page, order);
3732                 page = NULL;
3733         }
3734
3735         if (kmemcheck_enabled && page)
3736                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3737
3738         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3739
3740         return page;
3741 }
3742 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3743
3744 /*
3745  * Common helper functions.
3746  */
3747 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3748 {
3749         struct page *page;
3750
3751         /*
3752          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3753          * a highmem page
3754          */
3755         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3756
3757         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3758         if (!page)
3759                 return 0;
3760         return (unsigned long) page_address(page);
3761 }
3762 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3763
3764 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3765 {
3766         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3767 }
3768 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3769
3770 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3771 {
3772         if (put_page_testzero(page)) {
3773                 if (order == 0)
3774                         free_hot_cold_page(page, false);
3775                 else
3776                         __free_pages_ok(page, order);
3777         }
3778 }
3779
3780 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3781
3782 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3783 {
3784         if (addr != 0) {
3785                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3786                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3787         }
3788 }
3789
3790 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3791
3792 /*
3793  * Page Fragment:
3794  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3795  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3796  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3797  *
3798  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3799  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3800  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3801  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3802  */
3803 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3804                                        gfp_t gfp_mask)
3805 {
3806         struct page *page = NULL;
3807         gfp_t gfp = gfp_mask;
3808
3809 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3810         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3811                     __GFP_NOMEMALLOC;
3812         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3813                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3814         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3815 #endif
3816         if (unlikely(!page))
3817                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3818
3819         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3820
3821         return page;
3822 }
3823
3824 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3825                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3826 {
3827         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3828         struct page *page;
3829         int offset;
3830
3831         if (unlikely(!nc->va)) {
3832 refill:
3833                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3834                 if (!page)
3835                         return NULL;
3836
3837 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3838                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3839                 size = nc->size;
3840 #endif
3841                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3842                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3843                  */
3844                 page_ref_add(page, size - 1);
3845
3846                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3847                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3848                 nc->pagecnt_bias = size;
3849                 nc->offset = size;
3850         }
3851
3852         offset = nc->offset - fragsz;
3853         if (unlikely(offset < 0)) {
3854                 page = virt_to_page(nc->va);
3855
3856                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3857                         goto refill;
3858
3859 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3860                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3861                 size = nc->size;
3862 #endif
3863                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3864                 set_page_count(page, size);
3865
3866                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3867                 nc->pagecnt_bias = size;
3868                 offset = size - fragsz;
3869         }
3870
3871         nc->pagecnt_bias--;
3872         nc->offset = offset;
3873
3874         return nc->va + offset;
3875 }
3876 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3877
3878 /*
3879  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3880  */
3881 void __free_page_frag(void *addr)
3882 {
3883         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3884
3885         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3886                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3887 }
3888 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3889
3890 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3891                 size_t size)
3892 {
3893         if (addr) {
3894                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3895                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3896
3897                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3898                 while (used < alloc_end) {
3899                         free_page(used);
3900                         used += PAGE_SIZE;
3901                 }
3902         }
3903         return (void *)addr;
3904 }
3905
3906 /**
3907  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3908  * @size: the number of bytes to allocate
3909  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3910  *
3911  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3912  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3913  * allocate memory in power-of-two pages.
3914  *
3915  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3916  *
3917  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3918  */
3919 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3920 {
3921         unsigned int order = get_order(size);
3922         unsigned long addr;
3923
3924         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3925         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3926 }
3927 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3928
3929 /**
3930  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3931  *                         pages on a node.
3932  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3933  * @size: the number of bytes to allocate
3934  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3935  *
3936  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3937  * back.
3938  */
3939 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3940 {
3941         unsigned int order = get_order(size);
3942         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3943         if (!p)
3944                 return NULL;
3945         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3946 }
3947
3948 /**
3949  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3950  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3951  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3952  *
3953  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3954  */
3955 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3956 {
3957         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3958         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3959
3960         while (addr < end) {
3961                 free_page(addr);
3962                 addr += PAGE_SIZE;
3963         }
3964 }
3965 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3966
3967 /**
3968  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3969  * @offset: The zone index of the highest zone
3970  *
3971  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3972  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3973  * zone, the number of pages is calculated as:
3974  *     managed_pages - high_pages
3975  */
3976 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3977 {
3978         struct zoneref *z;
3979         struct zone *zone;
3980
3981         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3982         unsigned long sum = 0;
3983
3984         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3985
3986         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3987                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3988                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3989                 if (size > high)
3990                         sum += size - high;
3991         }
3992
3993         return sum;
3994 }
3995
3996 /**
3997  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3998  *
3999  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4000  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4001  */
4002 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4003 {
4004         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4005 }
4006 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4007
4008 /**
4009  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4010  *
4011  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4012  * high watermark within all zones.
4013  */
4014 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4015 {
4016         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4017 }
4018
4019 static inline void show_node(struct zone *zone)
4020 {
4021         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4022                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4023 }
4024
4025 long si_mem_available(void)
4026 {
4027         long available;
4028         unsigned long pagecache;
4029         unsigned long wmark_low = 0;
4030         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4031         struct zone *zone;
4032         int lru;
4033
4034         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4035                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4036
4037         for_each_zone(zone)
4038                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4039
4040         /*
4041          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4042          * without causing swapping.
4043          */
4044         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4045
4046         /*
4047          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4048          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4049          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4050          */
4051         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4052         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4053         available += pagecache;
4054
4055         /*
4056          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4057          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4058          */
4059         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4060                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4061
4062         if (available < 0)
4063                 available = 0;
4064         return available;
4065 }
4066 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4067
4068 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4069 {
4070         val->totalram = totalram_pages;
4071         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4072         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4073         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4074         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4075         val->freehigh = nr_free_highpages();
4076         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4077 }
4078
4079 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4080
4081 #ifdef CONFIG_NUMA
4082 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4083 {
4084         int zone_type;          /* needs to be signed */
4085         unsigned long managed_pages = 0;
4086         unsigned long managed_highpages = 0;
4087         unsigned long free_highpages = 0;
4088         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4089
4090         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4091                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4092         val->totalram = managed_pages;
4093         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4094         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4095 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4096         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4097                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4098
4099                 if (is_highmem(zone)) {
4100                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4101                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4102                 }
4103         }
4104         val->totalhigh = managed_highpages;
4105         val->freehigh = free_highpages;
4106 #else
4107         val->totalhigh = managed_highpages;
4108         val->freehigh = free_highpages;
4109 #endif
4110         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4111 }
4112 #endif
4113
4114 /*
4115  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4116  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4117  */
4118 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
4119 {
4120         bool ret = false;
4121         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4122
4123         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4124                 goto out;
4125
4126         do {
4127                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4128                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
4129         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
4130 out:
4131         return ret;
4132 }
4133
4134 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4135
4136 static void show_migration_types(unsigned char type)
4137 {
4138         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4139                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4140                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4141                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4142                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4143 #ifdef CONFIG_CMA
4144                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4145 #endif
4146 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4147                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4148 #endif
4149         };
4150         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4151         char *p = tmp;
4152         int i;
4153
4154         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4155                 if (type & (1 << i))
4156                         *p++ = types[i];
4157         }
4158
4159         *p = '\0';
4160         printk("(%s) ", tmp);
4161 }
4162
4163 /*
4164  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4165  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4166  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4167  *
4168  * Bits in @filter:
4169  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4170  *   cpuset.
4171  */
4172 void show_free_areas(unsigned int filter)
4173 {
4174         unsigned long free_pcp = 0;
4175         int cpu;
4176         struct zone *zone;
4177         pg_data_t *pgdat;
4178
4179         for_each_populated_zone(zone) {
4180                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4181                         continue;
4182
4183                 for_each_online_cpu(cpu)
4184                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4185         }
4186
4187         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4188                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4189                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4190                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4191                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4192                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4193                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4194                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4195                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4196                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4197                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4198                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4199                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4200                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4201                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4202                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4203                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4204                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4205                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4206                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4207                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4208                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4209                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4210                 free_pcp,
4211                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4212
4213         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4214                 printk("Node %d"
4215                         " active_anon:%lukB"
4216                         " inactive_anon:%lukB"
4217                         " active_file:%lukB"
4218                         " inactive_file:%lukB"
4219                         " unevictable:%lukB"
4220                         " isolated(anon):%lukB"
4221                         " isolated(file):%lukB"
4222                         " mapped:%lukB"
4223                         " dirty:%lukB"
4224                         " writeback:%lukB"
4225                         " shmem:%lukB"
4226 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4227                         " shmem_thp: %lukB"
4228                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4229                         " anon_thp: %lukB"
4230 #endif
4231                         " writeback_tmp:%lukB"
4232                         " unstable:%lukB"
4233                         " pages_scanned:%lu"
4234                         " all_unreclaimable? %s"
4235                         "\n",
4236                         pgdat->node_id,
4237                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4238                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4239                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4240                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4241                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4242                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4243                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4244                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4245                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4246                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4247 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4248                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4249                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4250                                         * HPAGE_PMD_NR),
4251                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4252 #endif
4253                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4254                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4255                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4256                         node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED),
4257                         !pgdat_reclaimable(pgdat) ? "yes" : "no");
4258         }
4259
4260         for_each_populated_zone(zone) {
4261                 int i;
4262
4263                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4264                         continue;
4265
4266                 free_pcp = 0;
4267                 for_each_online_cpu(cpu)
4268                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4269
4270                 show_node(zone);
4271                 printk("%s"
4272                         " free:%lukB"
4273                         " min:%lukB"
4274                         " low:%lukB"
4275                         " high:%lukB"
4276                         " active_anon:%lukB"
4277                         " inactive_anon:%lukB"
4278                         " active_file:%lukB"
4279                         " inactive_file:%lukB"
4280                         " unevictable:%lukB"
4281                         " writepending:%lukB"
4282                         " present:%lukB"
4283                         " managed:%lukB"
4284                         " mlocked:%lukB"
4285                         " slab_reclaimable:%lukB"
4286                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4287                         " kernel_stack:%lukB"
4288                         " pagetables:%lukB"
4289                         " bounce:%lukB"
4290                         " free_pcp:%lukB"
4291                         " local_pcp:%ukB"
4292                         " free_cma:%lukB"
4293                         "\n",
4294                         zone->name,
4295                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4296                         K(min_wmark_pages(zone)),
4297                         K(low_wmark_pages(zone)),
4298                         K(high_wmark_pages(zone)),
4299                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4300                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4301                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4302                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4303                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4304                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4305                         K(zone->present_pages),
4306                         K(zone->managed_pages),
4307                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4308                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4309                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4310                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4311                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4312                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4313                         K(free_pcp),
4314                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4315                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4316                 printk("lowmem_reserve[]:");
4317                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4318                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4319                 printk("\n");
4320         }
4321
4322         for_each_populated_zone(zone) {
4323                 unsigned int order;
4324                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4325                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4326
4327                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4328                         continue;
4329                 show_node(zone);
4330                 printk("%s: ", zone->name);
4331
4332                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4333                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4334                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4335                         int type;
4336
4337                         nr[order] = area->nr_free;
4338                         total += nr[order] << order;
4339
4340                         types[order] = 0;
4341                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4342                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4343                                         types[order] |= 1 << type;
4344                         }
4345                 }
4346                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4347                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4348                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4349                         if (nr[order])
4350                                 show_migration_types(types[order]);
4351                 }
4352                 printk("= %lukB\n", K(total));
4353         }
4354
4355         hugetlb_show_meminfo();
4356
4357         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4358
4359         show_swap_cache_info();
4360 }
4361
4362 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4363 {
4364         zoneref->zone = zone;
4365         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4366 }
4367
4368 /*
4369  * Builds allocation fallback zone lists.
4370  *
4371  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4372  */
4373 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4374                                 int nr_zones)
4375 {
4376         struct zone *zone;
4377         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4378
4379         do {
4380                 zone_type--;
4381                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4382                 if (managed_zone(zone)) {
4383                         zoneref_set_zone(zone,
4384                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4385                         check_highest_zone(zone_type);
4386                 }
4387         } while (zone_type);
4388
4389         return nr_zones;
4390 }
4391
4392
4393 /*
4394  *  zonelist_order:
4395  *  0 = automatic detection of better ordering.
4396  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4397  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4398  *
4399  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4400  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4401  */
4402 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4403 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4404 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4405
4406 /* zonelist order in the kernel.
4407  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4408  */
4409 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4410 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4411
4412
4413 #ifdef CONFIG_NUMA
4414 /* The value user specified ....changed by config */
4415 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4416 /* string for sysctl */
4417 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4418 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4419
4420 /*
4421  * interface for configure zonelist ordering.
4422  * command line option "numa_zonelist_order"
4423  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4424  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4425  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4426  */
4427
4428 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4429 {
4430         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4431                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4432         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4433                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4434         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4435                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4436         } else {
4437                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4438                 return -EINVAL;
4439         }
4440         return 0;
4441 }
4442
4443 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4444 {
4445         int ret;
4446
4447         if (!s)
4448                 return 0;
4449
4450         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4451         if (ret == 0)
4452                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4453
4454         return ret;
4455 }
4456 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4457
4458 /*
4459  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4460  */
4461 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4462                 void __user *buffer, size_t *length,
4463                 loff_t *ppos)
4464 {
4465         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4466         int ret;
4467         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4468
4469         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4470         if (write) {
4471                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4472                         ret = -EINVAL;
4473                         goto out;
4474                 }
4475                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4476         }
4477         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4478         if (ret)
4479                 goto out;
4480         if (write) {
4481                 int oldval = user_zonelist_order;
4482
4483                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4484                 if (ret) {
4485                         /*
4486                          * bogus value.  restore saved string
4487                          */
4488                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4489                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4490                         user_zonelist_order = oldval;
4491                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4492                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4493                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4494                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4495                 }
4496         }
4497 out:
4498         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4499         return ret;
4500 }
4501
4502
4503 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4504 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4505
4506 /**
4507  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4508  * @node: node whose fallback list we're appending
4509  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4510  *
4511  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4512  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4513  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4514  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4515  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4516  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4517  * on them otherwise.
4518  * It returns -1 if no node is found.
4519  */
4520 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4521 {
4522         int n, val;
4523         int min_val = INT_MAX;
4524         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4525         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4526
4527         /* Use the local node if we haven't already */
4528         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4529                 node_set(node, *used_node_mask);
4530                 return node;
4531         }
4532
4533         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4534
4535                 /* Don't want a node to appear more than once */
4536                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4537                         continue;
4538
4539                 /* Use the distance array to find the distance */
4540                 val = node_distance(node, n);
4541
4542                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4543                 val += (n < node);
4544
4545                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4546                 tmp = cpumask_of_node(n);
4547                 if (!cpumask_empty(tmp))
4548                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4549
4550                 /* Slight preference for less loaded node */
4551                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4552                 val += node_load[n];
4553
4554                 if (val < min_val) {
4555                         min_val = val;
4556                         best_node = n;
4557                 }
4558         }
4559
4560         if (best_node >= 0)
4561                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4562
4563         return best_node;
4564 }
4565
4566
4567 /*
4568  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4569  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4570  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4571  */
4572 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4573 {
4574         int j;
4575         struct zonelist *zonelist;
4576
4577         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4578         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4579                 ;
4580         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4581         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4582         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4583 }
4584
4585 /*
4586  * Build gfp_thisnode zonelists
4587  */
4588 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4589 {
4590         int j;
4591         struct zonelist *zonelist;
4592
4593         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4594         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4595         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4596         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4597 }
4598
4599 /*
4600  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4601  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4602  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4603  * may still exist in local DMA zone.
4604  */
4605 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4606
4607 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4608 {
4609         int pos, j, node;
4610         int zone_type;          /* needs to be signed */
4611         struct zone *z;
4612         struct zonelist *zonelist;
4613
4614         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4615         pos = 0;
4616         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4617                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4618                         node = node_order[j];
4619                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4620                         if (managed_zone(z)) {
4621                                 zoneref_set_zone(z,
4622                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4623                                 check_highest_zone(zone_type);
4624                         }
4625                 }
4626         }
4627         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4628         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4629 }
4630
4631 #if defined(CONFIG_64BIT)
4632 /*
4633  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4634  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4635  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4636  */
4637 static int default_zonelist_order(void)
4638 {
4639         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4640 }
4641 #else
4642 /*
4643  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4644  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4645  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4646  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4647  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4648  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4649  */
4650 static int default_zonelist_order(void)
4651 {
4652         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4653 }
4654 #endif /* CONFIG_64BIT */
4655
4656 static void set_zonelist_order(void)
4657 {
4658         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4659                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4660         else
4661                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4662 }
4663
4664 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4665 {
4666         int i, node, load;
4667         nodemask_t used_mask;
4668         int local_node, prev_node;
4669         struct zonelist *zonelist;
4670         unsigned int order = current_zonelist_order;
4671
4672         /* initialize zonelists */
4673         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4674                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4675                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4676                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4677         }
4678
4679         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4680         local_node = pgdat->node_id;
4681         load = nr_online_nodes;
4682         prev_node = local_node;
4683         nodes_clear(used_mask);
4684
4685         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4686         i = 0;
4687
4688         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4689                 /*
4690                  * We don't want to pressure a particular node.
4691                  * So adding penalty to the first node in same
4692                  * distance group to make it round-robin.
4693                  */
4694                 if (node_distance(local_node, node) !=
4695                     node_distance(local_node, prev_node))
4696                         node_load[node] = load;
4697
4698                 prev_node = node;
4699                 load--;
4700                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4701                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4702                 else
4703                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4704         }
4705
4706         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4707                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4708                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4709         }
4710
4711         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4712 }
4713
4714 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4715 /*
4716  * Return node id of node used for "local" allocations.
4717  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4718  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4719  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4720  */
4721 int local_memory_node(int node)
4722 {
4723         struct zoneref *z;
4724
4725         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4726                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4727                                    NULL);
4728         return z->zone->node;
4729 }
4730 #endif
4731
4732 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
4733 static void setup_min_slab_ratio(void);
4734 #else   /* CONFIG_NUMA */
4735
4736 static void set_zonelist_order(void)
4737 {
4738         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4739 }
4740
4741 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4742 {
4743         int node, local_node;
4744         enum zone_type j;
4745         struct zonelist *zonelist;
4746
4747         local_node = pgdat->node_id;
4748
4749         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4750         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4751
4752         /*
4753          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4754          * of all the other nodes.
4755          * We don't want to pressure a particular node, so when
4756          * building the zones for node N, we make sure that the
4757          * zones coming right after the local ones are those from
4758          * node N+1 (modulo N)
4759          */
4760         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4761                 if (!node_online(node))
4762                         continue;
4763                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4764         }
4765         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4766                 if (!node_online(node))
4767                         continue;
4768                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4769         }
4770
4771         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4772         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4773 }
4774
4775 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4776
4777 /*
4778  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4779  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4780  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4781  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4782  * with interrupts disabled.
4783  *
4784  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4785  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4786  * hotplugged processors.
4787  *
4788  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4789  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4790  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4791  */
4792 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4793 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4794 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4795
4796 /*
4797  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4798  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4799  */
4800 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4801
4802 /* return values int ....just for stop_machine() */
4803 static int __build_all_zonelists(void *data)
4804 {
4805         int nid;
4806         int cpu;
4807         pg_data_t *self = data;
4808
4809 #ifdef CONFIG_NUMA
4810         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4811 #endif
4812
4813         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4814                 build_zonelists(self);
4815         }
4816
4817         for_each_online_node(nid) {
4818                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4819
4820                 build_zonelists(pgdat);
4821         }
4822
4823         /*
4824          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4825          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4826          * each zone will be allocated later when the per cpu
4827          * allocator is available.
4828          *
4829          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4830          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4831          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4832          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4833          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4834          * (a chicken-egg dilemma).
4835          */
4836         for_each_possible_cpu(cpu) {
4837                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4838
4839 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4840                 /*
4841                  * We now know the "local memory node" for each node--
4842                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4843                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4844                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4845                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4846                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4847                  */
4848                 if (cpu_online(cpu))
4849                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4850 #endif
4851         }
4852
4853         return 0;
4854 }
4855
4856 static noinline void __init
4857 build_all_zonelists_init(void)
4858 {
4859         __build_all_zonelists(NULL);
4860         mminit_verify_zonelist();
4861         cpuset_init_current_mems_allowed();
4862 }
4863
4864 /*
4865  * Called with zonelists_mutex held always
4866  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4867  *
4868  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4869  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4870  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4871  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4872  */
4873 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4874 {
4875         set_zonelist_order();
4876
4877         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4878                 build_all_zonelists_init();
4879         } else {
4880 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4881                 if (zone)
4882                         setup_zone_pageset(zone);
4883 #endif
4884                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4885                    of zonelist */
4886                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4887                 /* cpuset refresh routine should be here */
4888         }
4889         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4890         /*
4891          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4892          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4893          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4894          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4895          * disabled and enable it later
4896          */
4897         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4898                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4899         else
4900                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4901
4902         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
4903                 nr_online_nodes,
4904                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4905                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4906                 vm_total_pages);
4907 #ifdef CONFIG_NUMA
4908         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4909 #endif
4910 }
4911
4912 /*
4913  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4914  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4915  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4916  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4917  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4918  * conservative, even though it seems large.
4919  *
4920  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4921  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4922  */
4923 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4924
4925 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4926 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4927 {
4928         unsigned long size = 1;
4929
4930         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4931
4932         while (size < pages)
4933                 size <<= 1;
4934
4935         /*
4936          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4937          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4938          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4939          */
4940         size = min(size, 4096UL);
4941
4942         return max(size, 4UL);
4943 }
4944 #else
4945 /*
4946  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4947  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4948  *
4949  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4950  *
4951  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4952  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4953  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4954  *
4955  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4956  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4957  *
4958  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4959  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4960  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4961  */
4962 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4963 {
4964         return 4096UL;
4965 }
4966 #endif
4967
4968 /*
4969  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4970  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4971  * hash function before the remainder is taken.
4972  */
4973 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4974 {
4975         return ffz(~size);
4976 }
4977
4978 /*
4979  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4980  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4981  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4982  */
4983 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4984                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4985 {
4986         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
4987         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4988         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4989         unsigned long pfn;
4990         unsigned long nr_initialised = 0;
4991 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4992         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
4993 #endif
4994
4995         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4996                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4997
4998         /*
4999          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5000          * memory
5001          */
5002         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5003                 start_pfn += altmap->reserve;
5004
5005         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5006                 /*
5007                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5008                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5009                  */
5010                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5011                         goto not_early;
5012
5013                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5014                         continue;
5015                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5016                         continue;
5017                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5018                         break;
5019
5020 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5021                 /*
5022                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5023                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5024                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5025                  */
5026                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5027                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5028                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5029                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5030                                                 break;
5031                                 r = tmp;
5032                         }
5033                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5034                             memblock_is_mirror(r)) {
5035                                 /* already initialized as NORMAL */
5036                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5037                                 continue;
5038                         }
5039                 }
5040 #endif
5041
5042 not_early:
5043                 /*
5044                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5045                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5046                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5047                  * the address space during boot when many long-lived
5048                  * kernel allocations are made.
5049                  *
5050                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5051                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5052                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5053                  * pfn out of zone.
5054                  */
5055                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5056                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5057
5058                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5059                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5060                 } else {
5061                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5062                 }
5063         }
5064 }
5065
5066 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5067 {
5068         unsigned int order, t;
5069         for_each_migratetype_order(order, t) {
5070                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5071                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5072         }
5073 }
5074
5075 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5076 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5077         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5078 #endif
5079
5080 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5081 {
5082 #ifdef CONFIG_MMU
5083         int batch;
5084
5085         /*
5086          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5087          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5088          *
5089          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5090          */
5091         batch = zone->managed_pages / 1024;
5092         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5093                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5094         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5095         if (batch < 1)
5096                 batch = 1;
5097
5098         /*
5099          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5100          * of 2 value was found to be more likely to have
5101          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5102          *
5103          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5104          * batches of pages, one task can end up with a lot
5105          * of pages of one half of the possible page colors
5106          * and the other with pages of the other colors.
5107          */
5108         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5109
5110         return batch;
5111
5112 #else
5113         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5114          * conditions.
5115          *
5116          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5117          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5118          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5119          *
5120          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5121          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5122          * can be a significant delay between the individual batches being
5123          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5124          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5125          */
5126         return 0;
5127 #endif
5128 }
5129
5130 /*
5131  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5132  * ->batch must never be higher then ->high.
5133  * The following function updates them in a safe manner without read side
5134  * locking.
5135  *
5136  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5137  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5138  *
5139  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5140  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5141  * exist).
5142  */
5143 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5144                 unsigned long batch)
5145 {
5146        /* start with a fail safe value for batch */
5147         pcp->batch = 1;
5148         smp_wmb();
5149
5150        /* Update high, then batch, in order */
5151         pcp->high = high;
5152         smp_wmb();
5153
5154         pcp->batch = batch;
5155 }
5156
5157 /* a companion to pageset_set_high() */
5158 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5159 {
5160         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5161 }
5162
5163 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5164 {
5165         struct per_cpu_pages *pcp;
5166         int migratetype;
5167
5168         memset(p, 0, sizeof(*p));
5169
5170         pcp = &p->pcp;
5171         pcp->count = 0;
5172         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5173                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5174 }
5175
5176 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5177 {
5178         pageset_init(p);
5179         pageset_set_batch(p, batch);
5180 }
5181
5182 /*
5183  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5184  * to the value high for the pageset p.
5185  */
5186 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5187                                 unsigned long high)
5188 {
5189         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5190         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5191                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5192
5193         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5194 }
5195
5196 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5197                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5198 {
5199         if (percpu_pagelist_fraction)
5200                 pageset_set_high(pcp,
5201                         (zone->managed_pages /
5202                                 percpu_pagelist_fraction));
5203         else
5204                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5205 }
5206
5207 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5208 {
5209         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5210
5211         pageset_init(pcp);
5212         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5213 }
5214
5215 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5216 {
5217         int cpu;
5218         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5219         for_each_possible_cpu(cpu)
5220                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5221 }
5222
5223 /*
5224  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5225  * Before this call only boot pagesets were available.
5226  */
5227 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5228 {
5229         struct pglist_data *pgdat;
5230         struct zone *zone;
5231
5232         for_each_populated_zone(zone)
5233                 setup_zone_pageset(zone);
5234
5235         for_each_online_pgdat(pgdat)
5236                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5237                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5238 }
5239
5240 static noinline __ref
5241 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
5242 {
5243         int i;
5244         size_t alloc_size;
5245
5246         /*
5247          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
5248          * per zone.
5249          */
5250         zone->wait_table_hash_nr_entries =
5251                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
5252         zone->wait_table_bits =
5253                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
5254         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
5255                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
5256
5257         if (!slab_is_available()) {
5258                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
5259                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
5260                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
5261         } else {
5262                 /*
5263                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
5264                  * via memory hot-add.
5265                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
5266                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
5267                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
5268                  * node itself as well.
5269                  * To use this new node's memory, further consideration will be
5270                  * necessary.
5271                  */
5272                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
5273         }
5274         if (!zone->wait_table)
5275                 return -ENOMEM;
5276
5277         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
5278                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
5279
5280         return 0;
5281 }
5282
5283 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5284 {
5285         /*
5286          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5287          * relies on the ability of the linker to provide the
5288          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5289          */
5290         zone->pageset = &boot_pageset;
5291
5292         if (populated_zone(zone))
5293                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5294                         zone->name, zone->present_pages,
5295                                          zone_batchsize(zone));
5296 }
5297
5298 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5299                                         unsigned long zone_start_pfn,
5300                                         unsigned long size)
5301 {
5302         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5303         int ret;
5304         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5305         if (ret)
5306                 return ret;
5307         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5308
5309         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5310
5311         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5312                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5313                         pgdat->node_id,
5314                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5315                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5316
5317         zone_init_free_lists(zone);
5318
5319         return 0;
5320 }
5321
5322 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5323 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5324
5325 /*
5326  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5327  */
5328 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5329                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5330 {
5331         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5332         int nid;
5333
5334         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5335                 return state->last_nid;
5336
5337         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5338         if (nid != -1) {
5339                 state->last_start = start_pfn;
5340                 state->last_end = end_pfn;
5341                 state->last_nid = nid;
5342         }
5343
5344         return nid;
5345 }
5346 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5347
5348 /**
5349  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5350  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5351  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5352  *
5353  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5354  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5355  * memblock_free_early_nid() manually.
5356  */
5357 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5358 {
5359         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5360         int i, this_nid;
5361
5362         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5363                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5364                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5365
5366                 if (start_pfn < end_pfn)
5367                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5368                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5369                                         this_nid);
5370         }
5371 }
5372
5373 /**
5374  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5375  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5376  *
5377  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5378  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5379  */
5380 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5381 {
5382         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5383         int i, this_nid;
5384
5385         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5386                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5387 }
5388
5389 /**
5390  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5391  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5392  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5393  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5394  *
5395  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5396  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5397  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5398  * PFNs will be 0.
5399  */
5400 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5401                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5402 {
5403         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5404         int i;
5405
5406         *start_pfn = -1UL;
5407         *end_pfn = 0;
5408
5409         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5410                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5411                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5412         }
5413
5414         if (*start_pfn == -1UL)
5415                 *start_pfn = 0;
5416 }
5417
5418 /*
5419  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5420  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5421  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5422  */
5423 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5424 {
5425         int zone_index;
5426         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5427                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5428                         continue;
5429
5430                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5431                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5432                         break;
5433         }
5434
5435         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5436         movable_zone = zone_index;
5437 }
5438
5439 /*
5440  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5441  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5442  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5443  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5444  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5445  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5446  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5447  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5448  */
5449 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5450                                         unsigned long zone_type,
5451                                         unsigned long node_start_pfn,
5452                                         unsigned long node_end_pfn,
5453                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5454                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5455 {
5456         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5457         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5458                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5459                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5460                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5461                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5462                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5463
5464                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5465                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5466                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5467                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5468                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5469
5470                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5471                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5472                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5473         }
5474 }
5475
5476 /*
5477  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5478  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5479  */
5480 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5481                                         unsigned long zone_type,
5482                                         unsigned long node_start_pfn,
5483                                         unsigned long node_end_pfn,
5484                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5485                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5486                                         unsigned long *ignored)
5487 {
5488         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5489         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5490                 return 0;
5491
5492         /* Get the start and end of the zone */
5493         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5494         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5495         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5496                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5497                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5498
5499         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5500         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5501                 return 0;
5502
5503         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5504         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5505         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5506
5507         /* Return the spanned pages */
5508         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5509 }
5510
5511 /*
5512  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5513  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5514  */
5515 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5516                                 unsigned long range_start_pfn,
5517                                 unsigned long range_end_pfn)
5518 {
5519         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5520         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5521         int i;
5522
5523         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5524                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5525                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5526                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5527         }
5528         return nr_absent;
5529 }
5530
5531 /**
5532  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5533  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5534  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5535  *
5536  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5537  */
5538 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5539                                                         unsigned long end_pfn)
5540 {
5541         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5542 }
5543
5544 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5545 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5546                                         unsigned long zone_type,
5547                                         unsigned long node_start_pfn,
5548                                         unsigned long node_end_pfn,
5549                                         unsigned long *ignored)
5550 {
5551         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5552         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5553         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5554         unsigned long nr_absent;
5555
5556         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5557         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5558                 return 0;
5559
5560         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5561         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5562
5563         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5564                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5565                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5566         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5567
5568         /*
5569          * ZONE_MOVABLE handling.
5570          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5571          * and vice versa.
5572          */
5573         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5574                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5575                 struct memblock_region *r;
5576
5577                 for_each_memblock(memory, r) {
5578                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5579                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5580                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5581                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5582
5583                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5584                             memblock_is_mirror(r))
5585                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5586
5587                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5588                             !memblock_is_mirror(r))
5589                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5590                 }
5591         }
5592
5593         return nr_absent;
5594 }
5595
5596 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5597 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5598                                         unsigned long zone_type,
5599                                         unsigned long node_start_pfn,
5600                                         unsigned long node_end_pfn,
5601                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5602                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5603                                         unsigned long *zones_size)
5604 {
5605         unsigned int zone;
5606
5607         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5608         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5609                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5610
5611         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5612
5613         return zones_size[zone_type];
5614 }
5615
5616 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5617                                                 unsigned long zone_type,
5618                                                 unsigned long node_start_pfn,
5619                                                 unsigned long node_end_pfn,
5620                                                 unsigned long *zholes_size)
5621 {
5622         if (!zholes_size)
5623                 return 0;
5624
5625         return zholes_size[zone_type];
5626 }
5627
5628 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5629
5630 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5631                                                 unsigned long node_start_pfn,
5632                                                 unsigned long node_end_pfn,
5633                                                 unsigned long *zones_size,
5634                                                 unsigned long *zholes_size)
5635 {
5636         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5637         enum zone_type i;
5638
5639         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5640                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5641                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5642                 unsigned long size, real_size;
5643
5644                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5645                                                   node_start_pfn,
5646                                                   node_end_pfn,
5647                                                   &zone_start_pfn,
5648                                                   &zone_end_pfn,
5649                                                   zones_size);
5650                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5651                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5652                                                   zholes_size);
5653                 if (size)
5654                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5655                 else
5656                         zone->zone_start_pfn = 0;
5657                 zone->spanned_pages = size;
5658                 zone->present_pages = real_size;
5659
5660                 totalpages += size;
5661                 realtotalpages += real_size;
5662         }
5663
5664         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5665         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5666         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5667                                                         realtotalpages);
5668 }
5669
5670 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5671 /*
5672  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5673  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5674  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5675  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5676  * bytes.
5677  */
5678 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5679 {
5680         unsigned long usemapsize;
5681
5682         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5683         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5684         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5685         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5686         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5687
5688         return usemapsize / 8;
5689 }
5690
5691 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5692                                 struct zone *zone,
5693                                 unsigned long zone_start_pfn,
5694                                 unsigned long zonesize)
5695 {
5696         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5697         zone->pageblock_flags = NULL;
5698         if (usemapsize)
5699                 zone->pageblock_flags =
5700                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5701                                                          pgdat->node_id);
5702 }
5703 #else
5704 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5705                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5706 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5707
5708 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5709
5710 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5711 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5712 {
5713         unsigned int order;
5714
5715         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5716         if (pageblock_order)
5717                 return;
5718
5719         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5720                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5721         else
5722                 order = MAX_ORDER - 1;
5723
5724         /*
5725          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5726          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5727          * powerpc.
5728          */
5729         pageblock_order = order;
5730 }
5731 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5732
5733 /*
5734  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5735  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5736  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5737  * the kernel config
5738  */
5739 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5740 {
5741 }
5742
5743 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5744
5745 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5746                                                    unsigned long present_pages)
5747 {
5748         unsigned long pages = spanned_pages;
5749
5750         /*
5751          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5752          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5753          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5754          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5755          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5756          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5757          */
5758         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5759             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5760                 pages = present_pages;
5761
5762         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5763 }
5764
5765 /*
5766  * Set up the zone data structures:
5767  *   - mark all pages reserved
5768  *   - mark all memory queues empty
5769  *   - clear the memory bitmaps
5770  *
5771  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5772  */
5773 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5774 {
5775         enum zone_type j;
5776         int nid = pgdat->node_id;
5777         int ret;
5778
5779         pgdat_resize_init(pgdat);
5780 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5781         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5782         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5783         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5784 #endif
5785 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5786         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5787         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5788         pgdat->split_queue_len = 0;
5789 #endif
5790         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5791         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5792 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5793         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5794 #endif
5795         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5796         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
5797         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
5798
5799         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5800                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5801                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5802                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5803
5804                 size = zone->spanned_pages;
5805                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5806
5807                 /*
5808                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5809                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5810                  * and per-cpu initialisations
5811                  */
5812                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5813                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5814                         if (freesize >= memmap_pages) {
5815                                 freesize -= memmap_pages;
5816                                 if (memmap_pages)
5817                                         printk(KERN_DEBUG
5818                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5819                                                zone_names[j], memmap_pages);
5820                         } else
5821                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5822                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5823                 }
5824
5825                 /* Account for reserved pages */
5826                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5827                         freesize -= dma_reserve;
5828                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5829                                         zone_names[0], dma_reserve);
5830                 }
5831
5832                 if (!is_highmem_idx(j))
5833                         nr_kernel_pages += freesize;
5834                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5835                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5836                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5837                 nr_all_pages += freesize;
5838
5839                 /*
5840                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5841                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5842                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5843                  */
5844                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5845 #ifdef CONFIG_NUMA
5846                 zone->node = nid;
5847 #endif
5848                 zone->name = zone_names[j];
5849                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5850                 spin_lock_init(&zone->lock);
5851                 zone_seqlock_init(zone);
5852                 zone_pcp_init(zone);
5853
5854                 if (!size)
5855                         continue;
5856
5857                 set_pageblock_order();
5858                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5859                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5860                 BUG_ON(ret);
5861                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5862         }
5863 }
5864
5865 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5866 {
5867         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5868         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5869
5870         /* Skip empty nodes */
5871         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5872                 return;
5873
5874 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5875         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5876         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5877         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5878         if (!pgdat->node_mem_map) {
5879                 unsigned long size, end;
5880                 struct page *map;
5881
5882                 /*
5883                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5884                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5885                  * for the buddy allocator to function correctly.
5886                  */
5887                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5888                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5889                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5890                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5891                 if (!map)
5892                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5893                                                                pgdat->node_id);
5894                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5895         }
5896 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5897         /*
5898          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5899          */
5900         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5901                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5902 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5903                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5904                         mem_map -= offset;
5905 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5906         }
5907 #endif
5908 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5909 }
5910
5911 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5912                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5913 {
5914         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5915         unsigned long start_pfn = 0;
5916         unsigned long end_pfn = 0;
5917
5918         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5919         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
5920
5921         reset_deferred_meminit(pgdat);
5922         pgdat->node_id = nid;
5923         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5924         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
5925 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5926         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5927         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5928                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5929                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5930 #else
5931         start_pfn = node_start_pfn;
5932 #endif
5933         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5934                                   zones_size, zholes_size);
5935
5936         alloc_node_mem_map(pgdat);
5937 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5938         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5939                 nid, (unsigned long)pgdat,
5940                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5941 #endif
5942
5943         free_area_init_core(pgdat);
5944 }
5945
5946 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5947
5948 #if MAX_NUMNODES > 1
5949 /*
5950  * Figure out the number of possible node ids.
5951  */
5952 void __init setup_nr_node_ids(void)
5953 {
5954         unsigned int highest;
5955
5956         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5957         nr_node_ids = highest + 1;
5958 }
5959 #endif
5960
5961 /**
5962  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5963  *
5964  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5965  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5966  * all the nodes.
5967  *
5968  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5969  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5970  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5971  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5972  *
5973  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5974  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5975  * populated node map.
5976  *
5977  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5978  * requirement (single node).
5979  */
5980 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5981 {
5982         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5983         unsigned long start, end, mask;
5984         int last_nid = -1;
5985         int i, nid;
5986
5987         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5988                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5989                         last_nid = nid;
5990                         last_end = end;
5991                         continue;
5992                 }
5993
5994                 /*
5995                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5996                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5997                  * too coarse to separate the current node from the last.
5998                  */
5999                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6000                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6001                         mask <<= 1;
6002
6003                 /* accumulate all internode masks */
6004                 accl_mask |= mask;
6005         }
6006
6007         /* convert mask to number of pages */
6008         return ~accl_mask + 1;
6009 }
6010
6011 /* Find the lowest pfn for a node */
6012 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6013 {
6014         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6015         unsigned long start_pfn;
6016         int i;
6017
6018         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6019                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6020
6021         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6022                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6023                 return 0;
6024         }
6025
6026         return min_pfn;
6027 }
6028
6029 /**
6030  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6031  *
6032  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6033  * memblock_set_node().
6034  */
6035 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6036 {
6037         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6038 }
6039
6040 /*
6041  * early_calculate_totalpages()
6042  * Sum pages in active regions for movable zone.
6043  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6044  */
6045 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6046 {
6047         unsigned long totalpages = 0;
6048         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6049         int i, nid;
6050
6051         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6052                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6053
6054                 totalpages += pages;
6055                 if (pages)
6056                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6057         }
6058         return totalpages;
6059 }
6060
6061 /*
6062  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6063  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6064  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6065  * others
6066  */
6067 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6068 {
6069         int i, nid;
6070         unsigned long usable_startpfn;
6071         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6072         /* save the state before borrow the nodemask */
6073         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6074         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6075         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6076         struct memblock_region *r;
6077
6078         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6079         find_usable_zone_for_movable();
6080
6081         /*
6082          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6083          * options.
6084          */
6085         if (movable_node_is_enabled()) {
6086                 for_each_memblock(memory, r) {
6087                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6088                                 continue;
6089
6090                         nid = r->nid;
6091
6092                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6093                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6094                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6095                                 usable_startpfn;
6096                 }
6097
6098                 goto out2;
6099         }
6100
6101         /*
6102          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6103          */
6104         if (mirrored_kernelcore) {
6105                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6106
6107                 for_each_memblock(memory, r) {
6108                         if (memblock_is_mirror(r))
6109                                 continue;
6110
6111                         nid = r->nid;
6112
6113                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6114
6115                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6116                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6117                                 continue;
6118                         }
6119
6120                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6121                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6122                                 usable_startpfn;
6123                 }
6124
6125                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6126                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6127
6128                 goto out2;
6129         }
6130
6131         /*
6132          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6133          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6134          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6135          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6136          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6137          * what movablecore would have allowed.
6138          */
6139         if (required_movablecore) {
6140                 unsigned long corepages;
6141
6142                 /*
6143                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6144                  * was requested by the user
6145                  */
6146                 required_movablecore =
6147                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6148                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6149                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6150
6151                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6152         }
6153
6154         /*
6155          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6156          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6157          */
6158         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6159                 goto out;
6160
6161         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6162         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6163
6164 restart:
6165         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6166         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6167         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6168                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6169
6170                 /*
6171                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6172                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6173                  * amount of memory for the kernel
6174                  */
6175                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6176                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6177
6178                 /*
6179                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6180                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6181                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6182                  */
6183                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6184
6185                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6186                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6187                         unsigned long size_pages;
6188
6189                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6190                         if (start_pfn >= end_pfn)
6191                                 continue;
6192
6193                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6194                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6195                                 unsigned long kernel_pages;
6196                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6197                                                                 - start_pfn;
6198
6199                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6200                                                         kernelcore_remaining);
6201                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6202                                                         required_kernelcore);
6203
6204                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6205                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6206
6207                                         /*
6208                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6209                                          * that if we have to rebalance
6210                                          * kernelcore across nodes, we will
6211                                          * not double account here
6212                                          */
6213                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6214                                         continue;
6215                                 }
6216                                 start_pfn = usable_startpfn;
6217                         }
6218
6219                         /*
6220                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6221                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6222                          * number of pages used as kernelcore
6223                          */
6224                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6225                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6226                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6227                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6228
6229                         /*
6230                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6231                          * break if the kernelcore for this node has been
6232                          * satisfied
6233                          */
6234                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6235                                                                 size_pages);
6236                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6237                         if (!kernelcore_remaining)
6238                                 break;
6239                 }
6240         }
6241
6242         /*
6243          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6244          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6245          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6246          * satisfied
6247          */
6248         usable_nodes--;
6249         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6250                 goto restart;
6251
6252 out2:
6253         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6254         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6255                 zone_movable_pfn[nid] =
6256                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6257
6258 out:
6259         /* restore the node_state */
6260         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6261 }
6262
6263 /* Any regular or high memory on that node ? */
6264 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6265 {
6266         enum zone_type zone_type;
6267
6268         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6269                 return;
6270
6271         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6272                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6273                 if (populated_zone(zone)) {
6274                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6275                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6276                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6277                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6278                         break;
6279                 }
6280         }
6281 }
6282
6283 /**
6284  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6285  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6286  *
6287  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6288  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6289  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6290  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6291  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6292  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6293  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6294  * at arch_max_dma_pfn.
6295  */
6296 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6297 {
6298         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6299         int i, nid;
6300
6301         /* Record where the zone boundaries are */
6302         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6303                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6304         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6305                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6306
6307         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6308
6309         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6310                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6311                         continue;
6312
6313                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6314                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6315                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6316
6317                 start_pfn = end_pfn;
6318         }
6319         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6320         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6321
6322         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6323         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6324         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6325
6326         /* Print out the zone ranges */
6327         pr_info("Zone ranges:\n");
6328         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6329                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6330                         continue;
6331                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6332                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6333                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6334                         pr_cont("empty\n");
6335                 else
6336                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6337                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6338                                         << PAGE_SHIFT,
6339                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6340                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6341         }
6342
6343         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6344         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6345         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6346                 if (zone_movable_pfn[i])
6347                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6348                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6349         }
6350
6351         /* Print out the early node map */
6352         pr_info("Early memory node ranges\n");
6353         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6354                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6355                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6356                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6357
6358         /* Initialise every node */
6359         mminit_verify_pageflags_layout();
6360         setup_nr_node_ids();
6361         for_each_online_node(nid) {
6362                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6363                 free_area_init_node(nid, NULL,
6364                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6365
6366                 /* Any memory on that node */
6367                 if (pgdat->node_present_pages)
6368                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6369                 check_for_memory(pgdat, nid);
6370         }
6371 }
6372
6373 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6374 {
6375         unsigned long long coremem;
6376         if (!p)
6377                 return -EINVAL;
6378
6379         coremem = memparse(p, &p);
6380         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6381
6382         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6383         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6384
6385         return 0;
6386 }
6387
6388 /*
6389  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6390  * cannot be reclaimed or migrated.
6391  */
6392 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6393 {
6394         /* parse kernelcore=mirror */
6395         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6396                 mirrored_kernelcore = true;
6397                 return 0;
6398         }
6399
6400         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6401 }
6402
6403 /*
6404  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6405  * can be reclaimed or migrated.
6406  */
6407 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6408 {
6409         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6410 }
6411
6412 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6413 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6414
6415 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6416
6417 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6418 {
6419         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6420         page_zone(page)->managed_pages += count;
6421         totalram_pages += count;
6422 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6423         if (PageHighMem(page))
6424                 totalhigh_pages += count;
6425 #endif
6426         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6427 }
6428 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6429
6430 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6431 {
6432         void *pos;
6433         unsigned long pages = 0;
6434
6435         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6436         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6437         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6438                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6439                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6440                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6441         }
6442
6443         if (pages && s)
6444                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6445                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6446
6447         return pages;
6448 }
6449 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6450
6451 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6452 void free_highmem_page(struct page *page)
6453 {
6454         __free_reserved_page(page);
6455         totalram_pages++;
6456         page_zone(page)->managed_pages++;
6457         totalhigh_pages++;
6458 }
6459 #endif
6460
6461
6462 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6463 {
6464         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6465         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6466
6467         physpages = get_num_physpages();
6468         codesize = _etext - _stext;
6469         datasize = _edata - _sdata;
6470         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6471         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6472         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6473         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6474
6475         /*
6476          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6477          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6478          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6479          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6480          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6481          */
6482 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6483         do { \
6484                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6485                         size -= adj; \
6486         } while (0)
6487
6488         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6489                      _sinittext, init_code_size);
6490         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6491         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6492         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6493         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6494
6495 #undef  adj_init_size
6496
6497         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6498 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6499                 ", %luK highmem"
6500 #endif
6501                 "%s%s)\n",
6502                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6503                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6504                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6505                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6506                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6507                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6508 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6509                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6510 #endif
6511                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6512 }
6513
6514 /**
6515  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6516  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6517  *
6518  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6519  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6520  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6521  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6522  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6523  * smaller per-cpu batchsize.
6524  */
6525 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6526 {
6527         dma_reserve = new_dma_reserve;
6528 }
6529
6530 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6531 {
6532         free_area_init_node(0, zones_size,
6533                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6534 }
6535
6536 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6537                                  unsigned long action, void *hcpu)
6538 {
6539         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6540
6541         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6542                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6543                 drain_pages(cpu);
6544
6545                 /*
6546                  * Spill the event counters of the dead processor
6547                  * into the current processors event counters.
6548                  * This artificially elevates the count of the current
6549                  * processor.
6550                  */
6551                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6552
6553                 /*
6554                  * Zero the differential counters of the dead processor
6555                  * so that the vm statistics are consistent.
6556                  *
6557                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6558                  * race with what we are doing.
6559                  */
6560                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6561         }
6562         return NOTIFY_OK;
6563 }
6564
6565 void __init page_alloc_init(void)
6566 {
6567         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6568 }
6569
6570 /*
6571  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6572  *      or min_free_kbytes changes.
6573  */
6574 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6575 {
6576         struct pglist_data *pgdat;
6577         unsigned long reserve_pages = 0;
6578         enum zone_type i, j;
6579
6580         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6581
6582                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6583
6584                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6585                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6586                         long max = 0;
6587
6588                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6589                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6590                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6591                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6592                         }
6593
6594                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6595                         max += high_wmark_pages(zone);
6596
6597                         if (max > zone->managed_pages)
6598                                 max = zone->managed_pages;
6599
6600                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6601
6602                         reserve_pages += max;
6603                 }
6604         }
6605         totalreserve_pages = reserve_pages;
6606 }
6607
6608 /*
6609  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6610  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6611  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6612  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6613  */
6614 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6615 {
6616         struct pglist_data *pgdat;
6617         enum zone_type j, idx;
6618
6619         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6620                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6621                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6622                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6623
6624                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6625
6626                         idx = j;
6627                         while (idx) {
6628                                 struct zone *lower_zone;
6629
6630                                 idx--;
6631
6632                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6633                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6634
6635                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6636                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6637                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6638                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6639                         }
6640                 }
6641         }
6642
6643         /* update totalreserve_pages */
6644         calculate_totalreserve_pages();
6645 }
6646
6647 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6648 {
6649         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6650         unsigned long lowmem_pages = 0;
6651         struct zone *zone;
6652         unsigned long flags;
6653
6654         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6655         for_each_zone(zone) {
6656                 if (!is_highmem(zone))
6657                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6658         }
6659
6660         for_each_zone(zone) {
6661                 u64 tmp;
6662
6663                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6664                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6665                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6666                 if (is_highmem(zone)) {
6667                         /*
6668                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6669                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6670                          * value here.
6671                          *
6672                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6673                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6674                          * not be capped for highmem.
6675                          */
6676                         unsigned long min_pages;
6677
6678                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6679                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6680                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6681                 } else {
6682                         /*
6683                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6684                          * proportionate to the zone's size.
6685                          */
6686                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6687                 }
6688
6689                 /*
6690                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6691                  * scale factor in proportion to available memory, but
6692                  * ensure a minimum size on small systems.
6693                  */
6694                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6695                             mult_frac(zone->managed_pages,
6696                                       watermark_scale_factor, 10000));
6697
6698                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6699                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6700
6701                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6702         }
6703
6704         /* update totalreserve_pages */
6705         calculate_totalreserve_pages();
6706 }
6707
6708 /**
6709  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6710  * or when memory is hot-{added|removed}
6711  *
6712  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6713  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6714  */
6715 void setup_per_zone_wmarks(void)
6716 {
6717         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6718         __setup_per_zone_wmarks();
6719         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6720 }
6721
6722 /*
6723  * Initialise min_free_kbytes.
6724  *
6725  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6726  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6727  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6728  *
6729  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6730  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6731  *
6732  * which yields
6733  *
6734  * 16MB:        512k
6735  * 32MB:        724k
6736  * 64MB:        1024k
6737  * 128MB:       1448k
6738  * 256MB:       2048k
6739  * 512MB:       2896k
6740  * 1024MB:      4096k
6741  * 2048MB:      5792k
6742  * 4096MB:      8192k
6743  * 8192MB:      11584k
6744  * 16384MB:     16384k
6745  */
6746 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6747 {
6748         unsigned long lowmem_kbytes;
6749         int new_min_free_kbytes;
6750
6751         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6752         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6753
6754         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6755                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6756                 if (min_free_kbytes < 128)
6757                         min_free_kbytes = 128;
6758                 if (min_free_kbytes > 65536)
6759                         min_free_kbytes = 65536;
6760         } else {
6761                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6762                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6763         }
6764         setup_per_zone_wmarks();
6765         refresh_zone_stat_thresholds();
6766         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6767
6768 #ifdef CONFIG_NUMA
6769         setup_min_unmapped_ratio();
6770         setup_min_slab_ratio();
6771 #endif
6772
6773         return 0;
6774 }
6775 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6776
6777 /*
6778  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6779  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6780  *      changes.
6781  */
6782 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6783         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6784 {
6785         int rc;
6786
6787         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6788         if (rc)
6789                 return rc;
6790
6791         if (write) {
6792                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6793                 setup_per_zone_wmarks();
6794         }
6795         return 0;
6796 }
6797
6798 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6799         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6800 {
6801         int rc;
6802
6803         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6804         if (rc)
6805                 return rc;
6806
6807         if (write)
6808                 setup_per_zone_wmarks();
6809
6810         return 0;
6811 }
6812
6813 #ifdef CONFIG_NUMA
6814 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6815 {
6816         pg_data_t *pgdat;
6817         struct zone *zone;
6818
6819         for_each_online_pgdat(pgdat)
6820                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6821
6822         for_each_zone(zone)
6823                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
6824                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6825 }
6826
6827
6828 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6829         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6830 {
6831         int rc;
6832
6833         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6834         if (rc)
6835                 return rc;
6836
6837         setup_min_unmapped_ratio();
6838
6839         return 0;
6840 }
6841
6842 static void setup_min_slab_ratio(void)
6843 {
6844         pg_data_t *pgdat;
6845         struct zone *zone;
6846
6847         for_each_online_pgdat(pgdat)
6848                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6849
6850         for_each_zone(zone)
6851                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
6852                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6853 }
6854
6855 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6856         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6857 {
6858         int rc;
6859
6860         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6861         if (rc)
6862                 return rc;
6863
6864         setup_min_slab_ratio();
6865
6866         return 0;
6867 }
6868 #endif
6869
6870 /*
6871  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6872  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6873  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6874  *
6875  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6876  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6877  * if in function of the boot time zone sizes.
6878  */
6879 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6880         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6881 {
6882         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6883         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6884         return 0;
6885 }
6886
6887 /*
6888  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6889  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6890  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6891  */
6892 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6893         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6894 {
6895         struct zone *zone;
6896         int old_percpu_pagelist_fraction;
6897         int ret;
6898
6899         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6900         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6901
6902         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6903         if (!write || ret < 0)
6904                 goto out;
6905
6906         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6907         if (percpu_pagelist_fraction &&
6908             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6909                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6910                 ret = -EINVAL;
6911                 goto out;
6912         }
6913
6914         /* No change? */
6915         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6916                 goto out;
6917
6918         for_each_populated_zone(zone) {
6919                 unsigned int cpu;
6920
6921                 for_each_possible_cpu(cpu)
6922                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6923                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6924         }
6925 out:
6926         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6927         return ret;
6928 }
6929
6930 #ifdef CONFIG_NUMA
6931 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6932
6933 static int __init set_hashdist(char *str)
6934 {
6935         if (!str)
6936                 return 0;
6937         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6938         return 1;
6939 }
6940 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6941 #endif
6942
6943 /*
6944  * allocate a large system hash table from bootmem
6945  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6946  *   quantity of entries
6947  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6948  */
6949 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6950                                      unsigned long bucketsize,
6951                                      unsigned long numentries,
6952                                      int scale,
6953                                      int flags,
6954                                      unsigned int *_hash_shift,
6955                                      unsigned int *_hash_mask,
6956                                      unsigned long low_limit,
6957                                      unsigned long high_limit)
6958 {
6959         unsigned long long max = high_limit;
6960         unsigned long log2qty, size;
6961         void *table = NULL;
6962
6963         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6964         if (!numentries) {
6965                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6966                 numentries = nr_kernel_pages;
6967
6968                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6969                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6970                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6971
6972                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6973                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6974                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6975                 else
6976                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6977
6978                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6979                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6980                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6981                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6982                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6983                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6984                                 BUG_ON(!numentries);
6985                         }
6986                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6987                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6988         }
6989         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6990
6991         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6992         if (max == 0) {
6993                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6994                 do_div(max, bucketsize);
6995         }
6996         max = min(max, 0x80000000ULL);
6997
6998         if (numentries < low_limit)
6999                 numentries = low_limit;
7000         if (numentries > max)
7001                 numentries = max;
7002
7003         log2qty = ilog2(numentries);
7004
7005         do {
7006                 size = bucketsize << log2qty;
7007                 if (flags & HASH_EARLY)
7008                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7009                 else if (hashdist)
7010                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7011                 else {
7012                         /*
7013                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7014                          * some pages at the end of hash table which
7015                          * alloc_pages_exact() automatically does
7016                          */
7017                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7018                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7019                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7020                         }
7021                 }
7022         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7023
7024         if (!table)
7025                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7026
7027         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7028                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7029
7030         if (_hash_shift)
7031                 *_hash_shift = log2qty;
7032         if (_hash_mask)
7033                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7034
7035         return table;
7036 }
7037
7038 /*
7039  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7040  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7041  *
7042  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7043  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7044  * expect this function should be exact.
7045  */
7046 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7047                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7048 {
7049         unsigned long pfn, iter, found;
7050         int mt;
7051
7052         /*
7053          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7054          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7055          */
7056         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7057                 return false;
7058         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7059         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7060                 return false;
7061
7062         pfn = page_to_pfn(page);
7063         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7064                 unsigned long check = pfn + iter;
7065
7066                 if (!pfn_valid_within(check))
7067                         continue;
7068
7069                 page = pfn_to_page(check);
7070
7071                 /*
7072                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7073                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7074                  * handle each tail page individually in migration.
7075                  */
7076                 if (PageHuge(page)) {
7077                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7078                         continue;
7079                 }
7080
7081                 /*
7082                  * We can't use page_count without pin a page
7083                  * because another CPU can free compound page.
7084                  * This check already skips compound tails of THP
7085                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7086                  */
7087                 if (!page_ref_count(page)) {
7088                         if (PageBuddy(page))
7089                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7090                         continue;
7091                 }
7092
7093                 /*
7094                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7095                  * page_count() is not 0.
7096                  */
7097                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7098                         continue;
7099
7100                 if (!PageLRU(page))
7101                         found++;
7102                 /*
7103                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7104                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7105                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7106                  */
7107                 /*
7108                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7109                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7110                  *
7111                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7112                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7113                  * page at boot.
7114                  */
7115                 if (found > count)
7116                         return true;
7117         }
7118         return false;
7119 }
7120
7121 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7122 {
7123         struct zone *zone;
7124         unsigned long pfn;
7125
7126         /*
7127          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7128          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7129          * the zone but still within the section.
7130          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7131          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7132          */
7133         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7134                 return false;
7135
7136         zone = page_zone(page);
7137         pfn = page_to_pfn(page);
7138         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7139                 return false;
7140
7141         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7142 }
7143
7144 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7145
7146 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7147 {
7148         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7149                              pageblock_nr_pages) - 1);
7150 }
7151
7152 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7153 {
7154         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7155                                 pageblock_nr_pages));
7156 }
7157
7158 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7159 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7160                                         unsigned long start, unsigned long end)
7161 {
7162         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7163         unsigned long nr_reclaimed;
7164         unsigned long pfn = start;
7165         unsigned int tries = 0;
7166         int ret = 0;
7167
7168         migrate_prep();
7169
7170         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7171                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7172                         ret = -EINTR;
7173                         break;
7174                 }
7175
7176                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7177                         cc->nr_migratepages = 0;
7178                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7179                         if (!pfn) {
7180                                 ret = -EINTR;
7181                                 break;
7182                         }
7183                         tries = 0;
7184                 } else if (++tries == 5) {
7185                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7186                         break;
7187                 }
7188
7189                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7190                                                         &cc->migratepages);
7191                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7192
7193                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7194                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7195         }
7196         if (ret < 0) {
7197                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7198                 return ret;
7199         }
7200         return 0;
7201 }
7202
7203 /**
7204  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7205  * @start:      start PFN to allocate
7206  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7207  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7208  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7209  *                      in range must have the same migratetype and it must
7210  *                      be either of the two.
7211  *
7212  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7213  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7214  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7215  * pages fall in.
7216  *
7217  * The PFN range must belong to a single zone.
7218  *
7219  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7220  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7221  * need to be freed with free_contig_range().
7222  */
7223 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7224                        unsigned migratetype)
7225 {
7226         unsigned long outer_start, outer_end;
7227         unsigned int order;
7228         int ret = 0;
7229
7230         struct compact_control cc = {
7231                 .nr_migratepages = 0,
7232                 .order = -1,
7233                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7234                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7235                 .ignore_skip_hint = true,
7236         };
7237         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7238
7239         /*
7240          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7241          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7242          * have different sizes, and due to the way page allocator
7243          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7244          * that page allocator won't try to merge buddies from
7245          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7246          * other migration type.
7247          *
7248          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7249          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7250          * we are interested in).  This will put all the pages in
7251          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7252          *
7253          * When this is done, we take the pages in range from page
7254          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7255          * page allocator will never consider using them.
7256          *
7257          * This lets us mark the pageblocks back as
7258          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7259          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7260          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7261          */
7262
7263         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7264                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7265                                        false);
7266         if (ret)
7267                 return ret;
7268
7269         /*
7270          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7271          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7272          */
7273         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7274         if (ret && ret != -EBUSY)
7275                 goto done;
7276
7277         /*
7278          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7279          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7280          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7281          * What we are going to do is to allocate all pages from
7282          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7283          *
7284          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7285          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7286          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7287          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7288          * once this is done free the pages we are not interested in.
7289          *
7290          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7291          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7292          */
7293
7294         lru_add_drain_all();
7295         drain_all_pages(cc.zone);
7296
7297         order = 0;
7298         outer_start = start;
7299         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7300                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7301                         outer_start = start;
7302                         break;
7303                 }
7304                 outer_start &= ~0UL << order;
7305         }
7306
7307         if (outer_start != start) {
7308                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7309
7310                 /*
7311                  * outer_start page could be small order buddy page and
7312                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7313                  * in this case to report failed page properly
7314                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7315                  */
7316                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7317                         outer_start = start;
7318         }
7319
7320         /* Make sure the range is really isolated. */
7321         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7322                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7323                         __func__, outer_start, end);
7324                 ret = -EBUSY;
7325                 goto done;
7326         }
7327
7328         /* Grab isolated pages from freelists. */
7329         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7330         if (!outer_end) {
7331                 ret = -EBUSY;
7332                 goto done;
7333         }
7334
7335         /* Free head and tail (if any) */
7336         if (start != outer_start)
7337                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7338         if (end != outer_end)
7339                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7340
7341 done:
7342         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7343                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7344         return ret;
7345 }
7346
7347 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7348 {
7349         unsigned int count = 0;
7350
7351         for (; nr_pages--; pfn++) {
7352                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7353
7354                 count += page_count(page) != 1;
7355                 __free_page(page);
7356         }
7357         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7358 }
7359 #endif
7360
7361 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7362 /*
7363  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7364  * page high values need to be recalulated.
7365  */
7366 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7367 {
7368         unsigned cpu;
7369         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7370         for_each_possible_cpu(cpu)
7371                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7372                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7373         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7374 }
7375 #endif
7376
7377 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7378 {
7379         unsigned long flags;
7380         int cpu;
7381         struct per_cpu_pageset *pset;
7382
7383         /* avoid races with drain_pages()  */
7384         local_irq_save(flags);
7385         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7386                 for_each_online_cpu(cpu) {
7387                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7388                         drain_zonestat(zone, pset);
7389                 }
7390                 free_percpu(zone->pageset);
7391                 zone->pageset = &boot_pageset;
7392         }
7393         local_irq_restore(flags);
7394 }
7395
7396 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7397 /*
7398  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7399  * before calling this.
7400  */
7401 void
7402 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7403 {
7404         struct page *page;
7405         struct zone *zone;
7406         unsigned int order, i;
7407         unsigned long pfn;
7408         unsigned long flags;
7409         /* find the first valid pfn */
7410         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7411                 if (pfn_valid(pfn))
7412                         break;
7413         if (pfn == end_pfn)
7414                 return;
7415         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7416         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7417         pfn = start_pfn;
7418         while (pfn < end_pfn) {
7419                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7420                         pfn++;
7421                         continue;
7422                 }
7423                 page = pfn_to_page(pfn);
7424                 /*
7425                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7426                  * page_count() is not 0.
7427                  */
7428                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7429                         pfn++;
7430                         SetPageReserved(page);
7431                         continue;
7432                 }
7433
7434                 BUG_ON(page_count(page));
7435                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7436                 order = page_order(page);
7437 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7438                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7439                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7440 #endif
7441                 list_del(&page->lru);
7442                 rmv_page_order(page);
7443                 zone->free_area[order].nr_free--;
7444                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7445                         SetPageReserved((page+i));
7446                 pfn += (1 << order);
7447         }
7448         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7449 }
7450 #endif
7451
7452 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7453 {
7454         struct zone *zone = page_zone(page);
7455         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7456         unsigned long flags;
7457         unsigned int order;
7458
7459         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7460         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7461                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7462
7463                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7464                         break;
7465         }
7466         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7467
7468         return order < MAX_ORDER;
7469 }