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