[media] dvb-usb: silence an uninitialized variable warning
[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
67 #include <asm/sections.h>
68 #include <asm/tlbflush.h>
69 #include <asm/div64.h>
70 #include "internal.h"
71
72 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
73 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
74 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
75
76 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
77 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
78 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
79 #endif
80
81 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
82 /*
83  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
84  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
85  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
86  * defined in <linux/topology.h>.
87  */
88 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
89 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
90 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
91 #endif
92
93 /*
94  * Array of node states.
95  */
96 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
97         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
98         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifndef CONFIG_NUMA
100         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
102         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
103 #endif
104 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
105         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif
107         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
108 #endif  /* NUMA */
109 };
110 EXPORT_SYMBOL(node_states);
111
112 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
113 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
114
115 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
118
119 int percpu_pagelist_fraction;
120 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
121
122 /*
123  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
124  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
125  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
126  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
127  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
128  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
129  */
130 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
131 {
132         return page->index;
133 }
134
135 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
136 {
137         page->index = migratetype;
138 }
139
140 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
141 /*
142  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
143  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
144  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
145  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
146  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
147  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
148  */
149
150 static gfp_t saved_gfp_mask;
151
152 void pm_restore_gfp_mask(void)
153 {
154         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
155         if (saved_gfp_mask) {
156                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
157                 saved_gfp_mask = 0;
158         }
159 }
160
161 void pm_restrict_gfp_mask(void)
162 {
163         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
164         WARN_ON(saved_gfp_mask);
165         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
166         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
167 }
168
169 bool pm_suspended_storage(void)
170 {
171         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
172                 return false;
173         return true;
174 }
175 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
176
177 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
178 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
179 #endif
180
181 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
182
183 /*
184  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
185  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
186  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
187  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
188  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
189  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
190  *
191  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
192  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
193  */
194 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
195 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
196          256,
197 #endif
198 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
199          256,
200 #endif
201 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
202          32,
203 #endif
204          32,
205 };
206
207 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
208
209 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
210 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
211          "DMA",
212 #endif
213 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
214          "DMA32",
215 #endif
216          "Normal",
217 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
218          "HighMem",
219 #endif
220          "Movable",
221 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
222          "Device",
223 #endif
224 };
225
226 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
227         "Unmovable",
228         "Movable",
229         "Reclaimable",
230         "HighAtomic",
231 #ifdef CONFIG_CMA
232         "CMA",
233 #endif
234 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
235         "Isolate",
236 #endif
237 };
238
239 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
240         NULL,
241         free_compound_page,
242 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
243         free_huge_page,
244 #endif
245 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
246         free_transhuge_page,
247 #endif
248 };
249
250 int min_free_kbytes = 1024;
251 int user_min_free_kbytes = -1;
252 int watermark_scale_factor = 10;
253
254 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
255 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
256 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
257
258 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
259 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
260 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
261 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
262 static unsigned long __initdata required_movablecore;
263 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
264 static bool mirrored_kernelcore;
265
266 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
267 int movable_zone;
268 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
269 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
270
271 #if MAX_NUMNODES > 1
272 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
273 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
274 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
275 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
276 #endif
277
278 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
279
280 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
281 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
282 {
283         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
284 }
285
286 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
287 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
288 {
289         if (pfn >= NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn))->first_deferred_pfn)
290                 return true;
291
292         return false;
293 }
294
295 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
296 {
297         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
298                 return true;
299
300         return false;
301 }
302
303 /*
304  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
305  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
306  */
307 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
308                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
309                                 unsigned long *nr_initialised)
310 {
311         unsigned long max_initialise;
312
313         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
314         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
315                 return true;
316         /*
317          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
318          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
319          */
320         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
321                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
322
323         (*nr_initialised)++;
324         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
325             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
326                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
327                 return false;
328         }
329
330         return true;
331 }
332 #else
333 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
334 {
335 }
336
337 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
338 {
339         return false;
340 }
341
342 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
343 {
344         return false;
345 }
346
347 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
348                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
349                                 unsigned long *nr_initialised)
350 {
351         return true;
352 }
353 #endif
354
355 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
356 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
357                                                         unsigned long pfn)
358 {
359 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
360         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
361 #else
362         return page_zone(page)->pageblock_flags;
363 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
364 }
365
366 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
367 {
368 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
369         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
370         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
371 #else
372         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
373         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
374 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
375 }
376
377 /**
378  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
379  * @page: The page within the block of interest
380  * @pfn: The target page frame number
381  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
382  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
383  *
384  * Return: pageblock_bits flags
385  */
386 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
387                                         unsigned long pfn,
388                                         unsigned long end_bitidx,
389                                         unsigned long mask)
390 {
391         unsigned long *bitmap;
392         unsigned long bitidx, word_bitidx;
393         unsigned long word;
394
395         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
396         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
397         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
398         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
399
400         word = bitmap[word_bitidx];
401         bitidx += end_bitidx;
402         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
403 }
404
405 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
406                                         unsigned long end_bitidx,
407                                         unsigned long mask)
408 {
409         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
410 }
411
412 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
413 {
414         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
415 }
416
417 /**
418  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
419  * @page: The page within the block of interest
420  * @flags: The flags to set
421  * @pfn: The target page frame number
422  * @end_bitidx: The last bit of interest
423  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
424  */
425 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
426                                         unsigned long pfn,
427                                         unsigned long end_bitidx,
428                                         unsigned long mask)
429 {
430         unsigned long *bitmap;
431         unsigned long bitidx, word_bitidx;
432         unsigned long old_word, word;
433
434         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
435
436         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
437         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
438         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
439         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
440
441         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
442
443         bitidx += end_bitidx;
444         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
445         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
446
447         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
448         for (;;) {
449                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
450                 if (word == old_word)
451                         break;
452                 word = old_word;
453         }
454 }
455
456 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
457 {
458         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
459                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
460                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
461
462         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
463                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
464 }
465
466 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
467 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
468 {
469         int ret = 0;
470         unsigned seq;
471         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
472         unsigned long sp, start_pfn;
473
474         do {
475                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
476                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
477                 sp = zone->spanned_pages;
478                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
479                         ret = 1;
480         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
481
482         if (ret)
483                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
484                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
485                         start_pfn, start_pfn + sp);
486
487         return ret;
488 }
489
490 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
491 {
492         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
493                 return 0;
494         if (zone != page_zone(page))
495                 return 0;
496
497         return 1;
498 }
499 /*
500  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
501  */
502 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
503 {
504         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
505                 return 1;
506         if (!page_is_consistent(zone, page))
507                 return 1;
508
509         return 0;
510 }
511 #else
512 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
513 {
514         return 0;
515 }
516 #endif
517
518 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
519                 unsigned long bad_flags)
520 {
521         static unsigned long resume;
522         static unsigned long nr_shown;
523         static unsigned long nr_unshown;
524
525         /*
526          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
527          * or allow a steady drip of one report per second.
528          */
529         if (nr_shown == 60) {
530                 if (time_before(jiffies, resume)) {
531                         nr_unshown++;
532                         goto out;
533                 }
534                 if (nr_unshown) {
535                         pr_alert(
536                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
537                                 nr_unshown);
538                         nr_unshown = 0;
539                 }
540                 nr_shown = 0;
541         }
542         if (nr_shown++ == 0)
543                 resume = jiffies + 60 * HZ;
544
545         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
546                 current->comm, page_to_pfn(page));
547         __dump_page(page, reason);
548         bad_flags &= page->flags;
549         if (bad_flags)
550                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
551                                                 bad_flags, &bad_flags);
552         dump_page_owner(page);
553
554         print_modules();
555         dump_stack();
556 out:
557         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
558         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
559         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
560 }
561
562 /*
563  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
564  *
565  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
566  *
567  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
568  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
569  *
570  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
571  * page destructors. See compound_page_dtors.
572  *
573  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
574  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
575  */
576
577 void free_compound_page(struct page *page)
578 {
579         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
580 }
581
582 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
583 {
584         int i;
585         int nr_pages = 1 << order;
586
587         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
588         set_compound_order(page, order);
589         __SetPageHead(page);
590         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
591                 struct page *p = page + i;
592                 set_page_count(p, 0);
593                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
594                 set_compound_head(p, page);
595         }
596         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
597 }
598
599 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
600 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
601 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
602                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
603 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
604 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
605
606 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
607 {
608         if (!buf)
609                 return -EINVAL;
610         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
611 }
612 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
613
614 static bool need_debug_guardpage(void)
615 {
616         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
617         if (!debug_pagealloc_enabled())
618                 return false;
619
620         return true;
621 }
622
623 static void init_debug_guardpage(void)
624 {
625         if (!debug_pagealloc_enabled())
626                 return;
627
628         _debug_guardpage_enabled = true;
629 }
630
631 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
632         .need = need_debug_guardpage,
633         .init = init_debug_guardpage,
634 };
635
636 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
637 {
638         unsigned long res;
639
640         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
641                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
642                 return 0;
643         }
644         _debug_guardpage_minorder = res;
645         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
646         return 0;
647 }
648 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
649
650 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
651                                 unsigned int order, int migratetype)
652 {
653         struct page_ext *page_ext;
654
655         if (!debug_guardpage_enabled())
656                 return;
657
658         page_ext = lookup_page_ext(page);
659         if (unlikely(!page_ext))
660                 return;
661
662         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
663
664         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
665         set_page_private(page, order);
666         /* Guard pages are not available for any usage */
667         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
668 }
669
670 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
671                                 unsigned int order, int migratetype)
672 {
673         struct page_ext *page_ext;
674
675         if (!debug_guardpage_enabled())
676                 return;
677
678         page_ext = lookup_page_ext(page);
679         if (unlikely(!page_ext))
680                 return;
681
682         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
683
684         set_page_private(page, 0);
685         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
686                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
687 }
688 #else
689 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
690 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
691                                 unsigned int order, int migratetype) {}
692 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
693                                 unsigned int order, int migratetype) {}
694 #endif
695
696 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
697 {
698         set_page_private(page, order);
699         __SetPageBuddy(page);
700 }
701
702 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
703 {
704         __ClearPageBuddy(page);
705         set_page_private(page, 0);
706 }
707
708 /*
709  * This function checks whether a page is free && is the buddy
710  * we can do coalesce a page and its buddy if
711  * (a) the buddy is not in a hole &&
712  * (b) the buddy is in the buddy system &&
713  * (c) a page and its buddy have the same order &&
714  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
715  *
716  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
717  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
718  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
719  * serialized by zone->lock.
720  *
721  * For recording page's order, we use page_private(page).
722  */
723 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
724                                                         unsigned int order)
725 {
726         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
727                 return 0;
728
729         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
730                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
731                         return 0;
732
733                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
734
735                 return 1;
736         }
737
738         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
739                 /*
740                  * zone check is done late to avoid uselessly
741                  * calculating zone/node ids for pages that could
742                  * never merge.
743                  */
744                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
745                         return 0;
746
747                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
748
749                 return 1;
750         }
751         return 0;
752 }
753
754 /*
755  * Freeing function for a buddy system allocator.
756  *
757  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
758  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
759  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
760  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
761  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
762  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
763  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
764  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
765  * parts of the VM system.
766  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
767  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
768  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
769  * field.
770  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
771  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
772  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
773  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
774  * triggers coalescing into a block of larger size.
775  *
776  * -- nyc
777  */
778
779 static inline void __free_one_page(struct page *page,
780                 unsigned long pfn,
781                 struct zone *zone, unsigned int order,
782                 int migratetype)
783 {
784         unsigned long page_idx;
785         unsigned long combined_idx;
786         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
787         struct page *buddy;
788         unsigned int max_order;
789
790         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
791
792         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
793         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
794
795         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
796         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
797                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
798
799         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
800
801         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
802         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
803
804 continue_merging:
805         while (order < max_order - 1) {
806                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
807                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
808                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
809                         goto done_merging;
810                 /*
811                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
812                  * merge with it and move up one order.
813                  */
814                 if (page_is_guard(buddy)) {
815                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
816                 } else {
817                         list_del(&buddy->lru);
818                         zone->free_area[order].nr_free--;
819                         rmv_page_order(buddy);
820                 }
821                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
822                 page = page + (combined_idx - page_idx);
823                 page_idx = combined_idx;
824                 order++;
825         }
826         if (max_order < MAX_ORDER) {
827                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
828                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
829                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
830                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
831                  *
832                  * We don't want to hit this code for the more frequent
833                  * low-order merging.
834                  */
835                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
836                         int buddy_mt;
837
838                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
839                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
840                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
841
842                         if (migratetype != buddy_mt
843                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
844                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
845                                 goto done_merging;
846                 }
847                 max_order++;
848                 goto continue_merging;
849         }
850
851 done_merging:
852         set_page_order(page, order);
853
854         /*
855          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
856          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
857          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
858          * that is happening, add the free page to the tail of the list
859          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
860          * as a higher order page
861          */
862         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
863                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
864                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
865                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
866                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
867                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
868                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
869                         list_add_tail(&page->lru,
870                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
871                         goto out;
872                 }
873         }
874
875         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
876 out:
877         zone->free_area[order].nr_free++;
878 }
879
880 /*
881  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
882  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
883  * check if necessary.
884  */
885 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
886                                         unsigned long check_flags)
887 {
888         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
889                 return false;
890
891         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
892                         page_ref_count(page) |
893 #ifdef CONFIG_MEMCG
894                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
895 #endif
896                         (page->flags & check_flags)))
897                 return false;
898
899         return true;
900 }
901
902 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
903 {
904         const char *bad_reason;
905         unsigned long bad_flags;
906
907         bad_reason = NULL;
908         bad_flags = 0;
909
910         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
911                 bad_reason = "nonzero mapcount";
912         if (unlikely(page->mapping != NULL))
913                 bad_reason = "non-NULL mapping";
914         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
915                 bad_reason = "nonzero _refcount";
916         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
917                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
918                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
919         }
920 #ifdef CONFIG_MEMCG
921         if (unlikely(page->mem_cgroup))
922                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
923 #endif
924         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
925 }
926
927 static inline int free_pages_check(struct page *page)
928 {
929         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
930                 return 0;
931
932         /* Something has gone sideways, find it */
933         free_pages_check_bad(page);
934         return 1;
935 }
936
937 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
938 {
939         int ret = 1;
940
941         /*
942          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
943          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
944          */
945         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
946
947         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
948                 ret = 0;
949                 goto out;
950         }
951         switch (page - head_page) {
952         case 1:
953                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
954                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
955                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
956                         goto out;
957                 }
958                 break;
959         case 2:
960                 /*
961                  * the second tail page: ->mapping is
962                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
963                  */
964                 break;
965         default:
966                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
967                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
968                         goto out;
969                 }
970                 break;
971         }
972         if (unlikely(!PageTail(page))) {
973                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
974                 goto out;
975         }
976         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
977                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
978                 goto out;
979         }
980         ret = 0;
981 out:
982         page->mapping = NULL;
983         clear_compound_head(page);
984         return ret;
985 }
986
987 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
988                                         unsigned int order, bool check_free)
989 {
990         int bad = 0;
991
992         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
993
994         trace_mm_page_free(page, order);
995         kmemcheck_free_shadow(page, order);
996
997         /*
998          * Check tail pages before head page information is cleared to
999          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1000          */
1001         if (unlikely(order)) {
1002                 bool compound = PageCompound(page);
1003                 int i;
1004
1005                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1006
1007                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1008                         if (compound)
1009                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1010                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1011                                 bad++;
1012                                 continue;
1013                         }
1014                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1015                 }
1016         }
1017         if (PageAnonHead(page))
1018                 page->mapping = NULL;
1019         if (check_free)
1020                 bad += free_pages_check(page);
1021         if (bad)
1022                 return false;
1023
1024         page_cpupid_reset_last(page);
1025         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1026         reset_page_owner(page, order);
1027
1028         if (!PageHighMem(page)) {
1029                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1030                                            PAGE_SIZE << order);
1031                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1032                                            PAGE_SIZE << order);
1033         }
1034         arch_free_page(page, order);
1035         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1036         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1037         kasan_free_pages(page, order);
1038
1039         return true;
1040 }
1041
1042 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1043 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1044 {
1045         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1046 }
1047
1048 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1049 {
1050         return false;
1051 }
1052 #else
1053 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1054 {
1055         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1056 }
1057
1058 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1059 {
1060         return free_pages_check(page);
1061 }
1062 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1063
1064 /*
1065  * Frees a number of pages from the PCP lists
1066  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1067  * count is the number of pages to free.
1068  *
1069  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1070  * see if this freeing clears that state.
1071  *
1072  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1073  * pinned" detection logic.
1074  */
1075 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1076                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1077 {
1078         int migratetype = 0;
1079         int batch_free = 0;
1080         unsigned long nr_scanned;
1081         bool isolated_pageblocks;
1082
1083         spin_lock(&zone->lock);
1084         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1085         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
1086         if (nr_scanned)
1087                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1088
1089         while (count) {
1090                 struct page *page;
1091                 struct list_head *list;
1092
1093                 /*
1094                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1095                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1096                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1097                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1098                  * lists
1099                  */
1100                 do {
1101                         batch_free++;
1102                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1103                                 migratetype = 0;
1104                         list = &pcp->lists[migratetype];
1105                 } while (list_empty(list));
1106
1107                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1108                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1109                         batch_free = count;
1110
1111                 do {
1112                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1113
1114                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1115                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1116                         list_del(&page->lru);
1117
1118                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1119                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1120                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1121                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1122                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1123                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1124
1125                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1126                                 continue;
1127
1128                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1129                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1130                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1131         }
1132         spin_unlock(&zone->lock);
1133 }
1134
1135 static void free_one_page(struct zone *zone,
1136                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1137                                 unsigned int order,
1138                                 int migratetype)
1139 {
1140         unsigned long nr_scanned;
1141         spin_lock(&zone->lock);
1142         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
1143         if (nr_scanned)
1144                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1145
1146         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1147                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1148                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1149         }
1150         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1151         spin_unlock(&zone->lock);
1152 }
1153
1154 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1155                                 unsigned long zone, int nid)
1156 {
1157         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1158         init_page_count(page);
1159         page_mapcount_reset(page);
1160         page_cpupid_reset_last(page);
1161
1162         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1163 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1164         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1165         if (!is_highmem_idx(zone))
1166                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1167 #endif
1168 }
1169
1170 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1171                                         int nid)
1172 {
1173         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1174 }
1175
1176 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1177 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1178 {
1179         pg_data_t *pgdat;
1180         int nid, zid;
1181
1182         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1183                 return;
1184
1185         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1186         pgdat = NODE_DATA(nid);
1187
1188         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1189                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1190
1191                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1192                         break;
1193         }
1194         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1195 }
1196 #else
1197 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1198 {
1199 }
1200 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1201
1202 /*
1203  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1204  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1205  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1206  * sent to the buddy page allocator.
1207  */
1208 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1209 {
1210         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1211         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1212
1213         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1214                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1215                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1216
1217                         init_reserved_page(start_pfn);
1218
1219                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1220                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1221
1222                         SetPageReserved(page);
1223                 }
1224         }
1225 }
1226
1227 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1228 {
1229         unsigned long flags;
1230         int migratetype;
1231         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1232
1233         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1234                 return;
1235
1236         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1237         local_irq_save(flags);
1238         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1239         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1240         local_irq_restore(flags);
1241 }
1242
1243 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1244 {
1245         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1246         struct page *p = page;
1247         unsigned int loop;
1248
1249         prefetchw(p);
1250         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1251                 prefetchw(p + 1);
1252                 __ClearPageReserved(p);
1253                 set_page_count(p, 0);
1254         }
1255         __ClearPageReserved(p);
1256         set_page_count(p, 0);
1257
1258         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1259         set_page_refcounted(page);
1260         __free_pages(page, order);
1261 }
1262
1263 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1264         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1265
1266 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1267
1268 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1269 {
1270         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1271         int nid;
1272
1273         spin_lock(&early_pfn_lock);
1274         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1275         if (nid < 0)
1276                 nid = 0;
1277         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1278
1279         return nid;
1280 }
1281 #endif
1282
1283 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1284 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1285                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1286 {
1287         int nid;
1288
1289         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1290         if (nid >= 0 && nid != node)
1291                 return false;
1292         return true;
1293 }
1294
1295 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1296 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1297 {
1298         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1299 }
1300
1301 #else
1302
1303 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1304 {
1305         return true;
1306 }
1307 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1308                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1309 {
1310         return true;
1311 }
1312 #endif
1313
1314
1315 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1316                                                         unsigned int order)
1317 {
1318         if (early_page_uninitialised(pfn))
1319                 return;
1320         return __free_pages_boot_core(page, order);
1321 }
1322
1323 /*
1324  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1325  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1326  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1327  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1328  * pageblocks.
1329  *
1330  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1331  *
1332  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1333  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1334  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1335  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1336  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1337  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1338  * page in a pageblock.
1339  */
1340 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1341                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1342 {
1343         struct page *start_page;
1344         struct page *end_page;
1345
1346         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1347         end_pfn--;
1348
1349         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1350                 return NULL;
1351
1352         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1353
1354         if (page_zone(start_page) != zone)
1355                 return NULL;
1356
1357         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1358
1359         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1360         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1361                 return NULL;
1362
1363         return start_page;
1364 }
1365
1366 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1367 {
1368         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1369         unsigned long block_end_pfn;
1370
1371         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1372         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1373                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1374                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1375
1376                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1377
1378                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1379                                              block_end_pfn, zone))
1380                         return;
1381         }
1382
1383         /* We confirm that there is no hole */
1384         zone->contiguous = true;
1385 }
1386
1387 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1388 {
1389         zone->contiguous = false;
1390 }
1391
1392 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1393 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1394                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1395 {
1396         int i;
1397
1398         if (!page)
1399                 return;
1400
1401         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1402         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1403             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1404                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1405                 __free_pages_boot_core(page, MAX_ORDER-1);
1406                 return;
1407         }
1408
1409         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++)
1410                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1411 }
1412
1413 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1414 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1415 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1416
1417 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1418 {
1419         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1420                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1421 }
1422
1423 /* Initialise remaining memory on a node */
1424 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1425 {
1426         pg_data_t *pgdat = data;
1427         int nid = pgdat->node_id;
1428         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1429         unsigned long start = jiffies;
1430         unsigned long nr_pages = 0;
1431         unsigned long walk_start, walk_end;
1432         int i, zid;
1433         struct zone *zone;
1434         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1435         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1436
1437         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1438                 pgdat_init_report_one_done();
1439                 return 0;
1440         }
1441
1442         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1443         if (!cpumask_empty(cpumask))
1444                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1445
1446         /* Sanity check boundaries */
1447         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1448         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1449         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1450
1451         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1452         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1453                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1454                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1455                         break;
1456         }
1457
1458         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1459                 unsigned long pfn, end_pfn;
1460                 struct page *page = NULL;
1461                 struct page *free_base_page = NULL;
1462                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1463                 int nr_to_free = 0;
1464
1465                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1466                 pfn = first_init_pfn;
1467                 if (pfn < walk_start)
1468                         pfn = walk_start;
1469                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1470                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1471
1472                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1473                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1474                                 goto free_range;
1475
1476                         /*
1477                          * Ensure pfn_valid is checked every
1478                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1479                          */
1480                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1481                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1482                                         page = NULL;
1483                                         goto free_range;
1484                                 }
1485                         }
1486
1487                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1488                                 page = NULL;
1489                                 goto free_range;
1490                         }
1491
1492                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1493                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1494                                 page++;
1495                         } else {
1496                                 nr_pages += nr_to_free;
1497                                 deferred_free_range(free_base_page,
1498                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1499                                 free_base_page = NULL;
1500                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1501
1502                                 page = pfn_to_page(pfn);
1503                                 cond_resched();
1504                         }
1505
1506                         if (page->flags) {
1507                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1508                                 goto free_range;
1509                         }
1510
1511                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1512                         if (!free_base_page) {
1513                                 free_base_page = page;
1514                                 free_base_pfn = pfn;
1515                                 nr_to_free = 0;
1516                         }
1517                         nr_to_free++;
1518
1519                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1520                         continue;
1521 free_range:
1522                         /* Free the current block of pages to allocator */
1523                         nr_pages += nr_to_free;
1524                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1525                                                                 nr_to_free);
1526                         free_base_page = NULL;
1527                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1528                 }
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 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1726                                                         unsigned int alloc_flags)
1727 {
1728         int i;
1729         bool poisoned = true;
1730
1731         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1732                 struct page *p = page + i;
1733                 if (poisoned)
1734                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1735         }
1736
1737         set_page_private(page, 0);
1738         set_page_refcounted(page);
1739
1740         arch_alloc_page(page, order);
1741         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1742         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1743         kasan_alloc_pages(page, order);
1744
1745         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1746                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1747                         clear_highpage(page + i);
1748
1749         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1750                 prep_compound_page(page, order);
1751
1752         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1753
1754         /*
1755          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1756          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1757          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1758          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1759          */
1760         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1761                 set_page_pfmemalloc(page);
1762         else
1763                 clear_page_pfmemalloc(page);
1764 }
1765
1766 /*
1767  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1768  * the smallest available page from the freelists
1769  */
1770 static inline
1771 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1772                                                 int migratetype)
1773 {
1774         unsigned int current_order;
1775         struct free_area *area;
1776         struct page *page;
1777
1778         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1779         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1780                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1781                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1782                                                         struct page, lru);
1783                 if (!page)
1784                         continue;
1785                 list_del(&page->lru);
1786                 rmv_page_order(page);
1787                 area->nr_free--;
1788                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1789                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1790                 return page;
1791         }
1792
1793         return NULL;
1794 }
1795
1796
1797 /*
1798  * This array describes the order lists are fallen back to when
1799  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1800  */
1801 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1802         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1803         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1804         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1805 #ifdef CONFIG_CMA
1806         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1807 #endif
1808 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1809         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1810 #endif
1811 };
1812
1813 #ifdef CONFIG_CMA
1814 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1815                                         unsigned int order)
1816 {
1817         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1818 }
1819 #else
1820 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1821                                         unsigned int order) { return NULL; }
1822 #endif
1823
1824 /*
1825  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1826  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1827  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1828  */
1829 int move_freepages(struct zone *zone,
1830                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1831                           int migratetype)
1832 {
1833         struct page *page;
1834         unsigned int order;
1835         int pages_moved = 0;
1836
1837 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1838         /*
1839          * page_zone is not safe to call in this context when
1840          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1841          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1842          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1843          * grouping pages by mobility
1844          */
1845         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1846 #endif
1847
1848         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1849                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1850                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1851
1852                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1853                         page++;
1854                         continue;
1855                 }
1856
1857                 if (!PageBuddy(page)) {
1858                         page++;
1859                         continue;
1860                 }
1861
1862                 order = page_order(page);
1863                 list_move(&page->lru,
1864                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1865                 page += 1 << order;
1866                 pages_moved += 1 << order;
1867         }
1868
1869         return pages_moved;
1870 }
1871
1872 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1873                                 int migratetype)
1874 {
1875         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1876         struct page *start_page, *end_page;
1877
1878         start_pfn = page_to_pfn(page);
1879         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1880         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1881         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1882         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1883
1884         /* Do not cross zone boundaries */
1885         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1886                 start_page = page;
1887         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1888                 return 0;
1889
1890         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1891 }
1892
1893 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1894                                         int start_order, int migratetype)
1895 {
1896         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1897
1898         while (nr_pageblocks--) {
1899                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1900                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1901         }
1902 }
1903
1904 /*
1905  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1906  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1907  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1908  *
1909  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1910  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1911  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1912  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1913  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1914  * pageblocks.
1915  */
1916 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1917 {
1918         /*
1919          * Leaving this order check is intended, although there is
1920          * relaxed order check in next check. The reason is that
1921          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1922          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1923          * so could be changed anytime.
1924          */
1925         if (order >= pageblock_order)
1926                 return true;
1927
1928         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1929                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1930                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1931                 page_group_by_mobility_disabled)
1932                 return true;
1933
1934         return false;
1935 }
1936
1937 /*
1938  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1939  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1940  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1941  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1942  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1943  */
1944 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1945                                                           int start_type)
1946 {
1947         unsigned int current_order = page_order(page);
1948         int pages;
1949
1950         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1951         if (current_order >= pageblock_order) {
1952                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1953                 return;
1954         }
1955
1956         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1957
1958         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1959         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1960                         page_group_by_mobility_disabled)
1961                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1962 }
1963
1964 /*
1965  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1966  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1967  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1968  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1969  */
1970 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1971                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1972 {
1973         int i;
1974         int fallback_mt;
1975
1976         if (area->nr_free == 0)
1977                 return -1;
1978
1979         *can_steal = false;
1980         for (i = 0;; i++) {
1981                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1982                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1983                         break;
1984
1985                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1986                         continue;
1987
1988                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1989                         *can_steal = true;
1990
1991                 if (!only_stealable)
1992                         return fallback_mt;
1993
1994                 if (*can_steal)
1995                         return fallback_mt;
1996         }
1997
1998         return -1;
1999 }
2000
2001 /*
2002  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2003  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2004  */
2005 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2006                                 unsigned int alloc_order)
2007 {
2008         int mt;
2009         unsigned long max_managed, flags;
2010
2011         /*
2012          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2013          * Check is race-prone but harmless.
2014          */
2015         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2016         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2017                 return;
2018
2019         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2020
2021         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2022         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2023                 goto out_unlock;
2024
2025         /* Yoink! */
2026         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2027         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2028                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2029                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2030                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2031                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2032         }
2033
2034 out_unlock:
2035         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2036 }
2037
2038 /*
2039  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2040  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2041  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2042  * to recover from than an OOM.
2043  */
2044 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
2045 {
2046         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2047         unsigned long flags;
2048         struct zoneref *z;
2049         struct zone *zone;
2050         struct page *page;
2051         int order;
2052
2053         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2054                                                                 ac->nodemask) {
2055                 /* Preserve at least one pageblock */
2056                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
2057                         continue;
2058
2059                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2060                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2061                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2062
2063                         page = list_first_entry_or_null(
2064                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2065                                         struct page, lru);
2066                         if (!page)
2067                                 continue;
2068
2069                         /*
2070                          * It should never happen but changes to locking could
2071                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
2072                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
2073                          * and watch for underflows.
2074                          */
2075                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
2076                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2077
2078                         /*
2079                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2080                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2081                          * is doing the work and needs the pages. More
2082                          * importantly, if the block was always converted to
2083                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2084                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2085                          * may increase.
2086                          */
2087                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2088                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2089                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2090                         return;
2091                 }
2092                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2093         }
2094 }
2095
2096 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2097 static inline struct page *
2098 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2099 {
2100         struct free_area *area;
2101         unsigned int current_order;
2102         struct page *page;
2103         int fallback_mt;
2104         bool can_steal;
2105
2106         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2107         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2108                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2109                                 --current_order) {
2110                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2111                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2112                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2113                 if (fallback_mt == -1)
2114                         continue;
2115
2116                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2117                                                 struct page, lru);
2118                 if (can_steal)
2119                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2120
2121                 /* Remove the page from the freelists */
2122                 area->nr_free--;
2123                 list_del(&page->lru);
2124                 rmv_page_order(page);
2125
2126                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2127                                         start_migratetype);
2128                 /*
2129                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2130                  * migratetype depending on the decisions in
2131                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2132                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2133                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2134                  */
2135                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2136
2137                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2138                         start_migratetype, fallback_mt);
2139
2140                 return page;
2141         }
2142
2143         return NULL;
2144 }
2145
2146 /*
2147  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2148  * Call me with the zone->lock already held.
2149  */
2150 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2151                                 int migratetype)
2152 {
2153         struct page *page;
2154
2155         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2156         if (unlikely(!page)) {
2157                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2158                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2159
2160                 if (!page)
2161                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2162         }
2163
2164         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2165         return page;
2166 }
2167
2168 /*
2169  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2170  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2171  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2172  */
2173 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2174                         unsigned long count, struct list_head *list,
2175                         int migratetype, bool cold)
2176 {
2177         int i;
2178
2179         spin_lock(&zone->lock);
2180         for (i = 0; i < count; ++i) {
2181                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2182                 if (unlikely(page == NULL))
2183                         break;
2184
2185                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2186                         continue;
2187
2188                 /*
2189                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2190                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2191                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2192                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2193                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2194                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2195                  * properly.
2196                  */
2197                 if (likely(!cold))
2198                         list_add(&page->lru, list);
2199                 else
2200                         list_add_tail(&page->lru, list);
2201                 list = &page->lru;
2202                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2203                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2204                                               -(1 << order));
2205         }
2206         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2207         spin_unlock(&zone->lock);
2208         return i;
2209 }
2210
2211 #ifdef CONFIG_NUMA
2212 /*
2213  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2214  * currently executing processor on remote nodes after they have
2215  * expired.
2216  *
2217  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2218  * a single processor.
2219  */
2220 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2221 {
2222         unsigned long flags;
2223         int to_drain, batch;
2224
2225         local_irq_save(flags);
2226         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2227         to_drain = min(pcp->count, batch);
2228         if (to_drain > 0) {
2229                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2230                 pcp->count -= to_drain;
2231         }
2232         local_irq_restore(flags);
2233 }
2234 #endif
2235
2236 /*
2237  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2238  *
2239  * The processor must either be the current processor and the
2240  * thread pinned to the current processor or a processor that
2241  * is not online.
2242  */
2243 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2244 {
2245         unsigned long flags;
2246         struct per_cpu_pageset *pset;
2247         struct per_cpu_pages *pcp;
2248
2249         local_irq_save(flags);
2250         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2251
2252         pcp = &pset->pcp;
2253         if (pcp->count) {
2254                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2255                 pcp->count = 0;
2256         }
2257         local_irq_restore(flags);
2258 }
2259
2260 /*
2261  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2262  *
2263  * The processor must either be the current processor and the
2264  * thread pinned to the current processor or a processor that
2265  * is not online.
2266  */
2267 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2268 {
2269         struct zone *zone;
2270
2271         for_each_populated_zone(zone) {
2272                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2273         }
2274 }
2275
2276 /*
2277  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2278  *
2279  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2280  * the single zone's pages.
2281  */
2282 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2283 {
2284         int cpu = smp_processor_id();
2285
2286         if (zone)
2287                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2288         else
2289                 drain_pages(cpu);
2290 }
2291
2292 /*
2293  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2294  *
2295  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2296  *
2297  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2298  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2299  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2300  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2301  * before the call to on_each_cpu_mask().
2302  */
2303 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2304 {
2305         int cpu;
2306
2307         /*
2308          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2309          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2310          */
2311         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2312
2313         /*
2314          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2315          * as offline notification will cause the notified
2316          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2317          * disables preemption as part of its processing
2318          */
2319         for_each_online_cpu(cpu) {
2320                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2321                 struct zone *z;
2322                 bool has_pcps = false;
2323
2324                 if (zone) {
2325                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2326                         if (pcp->pcp.count)
2327                                 has_pcps = true;
2328                 } else {
2329                         for_each_populated_zone(z) {
2330                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2331                                 if (pcp->pcp.count) {
2332                                         has_pcps = true;
2333                                         break;
2334                                 }
2335                         }
2336                 }
2337
2338                 if (has_pcps)
2339                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2340                 else
2341                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2342         }
2343         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2344                                                                 zone, 1);
2345 }
2346
2347 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2348
2349 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2350 {
2351         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2352         unsigned long flags;
2353         unsigned int order, t;
2354         struct page *page;
2355
2356         if (zone_is_empty(zone))
2357                 return;
2358
2359         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2360
2361         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2362         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2363                 if (pfn_valid(pfn)) {
2364                         page = pfn_to_page(pfn);
2365
2366                         if (page_zone(page) != zone)
2367                                 continue;
2368
2369                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2370                                 swsusp_unset_page_free(page);
2371                 }
2372
2373         for_each_migratetype_order(order, t) {
2374                 list_for_each_entry(page,
2375                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2376                         unsigned long i;
2377
2378                         pfn = page_to_pfn(page);
2379                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2380                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2381                 }
2382         }
2383         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2384 }
2385 #endif /* CONFIG_PM */
2386
2387 /*
2388  * Free a 0-order page
2389  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2390  */
2391 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2392 {
2393         struct zone *zone = page_zone(page);
2394         struct per_cpu_pages *pcp;
2395         unsigned long flags;
2396         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2397         int migratetype;
2398
2399         if (!free_pcp_prepare(page))
2400                 return;
2401
2402         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2403         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2404         local_irq_save(flags);
2405         __count_vm_event(PGFREE);
2406
2407         /*
2408          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2409          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2410          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2411          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2412          * excessively into the page allocator
2413          */
2414         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2415                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2416                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2417                         goto out;
2418                 }
2419                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2420         }
2421
2422         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2423         if (!cold)
2424                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2425         else
2426                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2427         pcp->count++;
2428         if (pcp->count >= pcp->high) {
2429                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2430                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2431                 pcp->count -= batch;
2432         }
2433
2434 out:
2435         local_irq_restore(flags);
2436 }
2437
2438 /*
2439  * Free a list of 0-order pages
2440  */
2441 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2442 {
2443         struct page *page, *next;
2444
2445         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2446                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2447                 free_hot_cold_page(page, cold);
2448         }
2449 }
2450
2451 /*
2452  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2453  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2454  * Each sub-page must be freed individually.
2455  *
2456  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2457  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2458  */
2459 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2460 {
2461         int i;
2462         gfp_t gfp_mask;
2463
2464         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2465         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2466
2467 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2468         /*
2469          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2470          * otherwise free the whole shadow.
2471          */
2472         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2473                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2474 #endif
2475
2476         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2477         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2478         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2479                 set_page_refcounted(page + i);
2480                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2481         }
2482 }
2483 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2484
2485 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2486 {
2487         unsigned long watermark;
2488         struct zone *zone;
2489         int mt;
2490
2491         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2492
2493         zone = page_zone(page);
2494         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2495
2496         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2497                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2498                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2499                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2500                         return 0;
2501
2502                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2503         }
2504
2505         /* Remove page from free list */
2506         list_del(&page->lru);
2507         zone->free_area[order].nr_free--;
2508         rmv_page_order(page);
2509
2510         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2511
2512         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2513         if (order >= pageblock_order - 1) {
2514                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2515                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2516                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2517                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2518                                 set_pageblock_migratetype(page,
2519                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2520                 }
2521         }
2522
2523
2524         return 1UL << order;
2525 }
2526
2527 /*
2528  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2529  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2530  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2531  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2532  * are enabled.
2533  *
2534  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2535  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2536  */
2537 int split_free_page(struct page *page)
2538 {
2539         unsigned int order;
2540         int nr_pages;
2541
2542         order = page_order(page);
2543
2544         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2545         if (!nr_pages)
2546                 return 0;
2547
2548         /* Split into individual pages */
2549         set_page_refcounted(page);
2550         split_page(page, order);
2551         return nr_pages;
2552 }
2553
2554 /*
2555  * Update NUMA hit/miss statistics
2556  *
2557  * Must be called with interrupts disabled.
2558  *
2559  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2560  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2561  * memory on behalf of other processes.
2562  */
2563 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2564                                                                 gfp_t flags)
2565 {
2566 #ifdef CONFIG_NUMA
2567         int local_nid = numa_node_id();
2568         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2569
2570         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2571                 local_stat = NUMA_OTHER;
2572                 local_nid = preferred_zone->node;
2573         }
2574
2575         if (z->node == local_nid) {
2576                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2577                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2578         } else {
2579                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2580                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2581         }
2582 #endif
2583 }
2584
2585 /*
2586  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2587  */
2588 static inline
2589 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2590                         struct zone *zone, unsigned int order,
2591                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2592                         int migratetype)
2593 {
2594         unsigned long flags;
2595         struct page *page;
2596         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2597
2598         if (likely(order == 0)) {
2599                 struct per_cpu_pages *pcp;
2600                 struct list_head *list;
2601
2602                 local_irq_save(flags);
2603                 do {
2604                         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2605                         list = &pcp->lists[migratetype];
2606                         if (list_empty(list)) {
2607                                 pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2608                                                 pcp->batch, list,
2609                                                 migratetype, cold);
2610                                 if (unlikely(list_empty(list)))
2611                                         goto failed;
2612                         }
2613
2614                         if (cold)
2615                                 page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2616                         else
2617                                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2618
2619                         __dec_zone_state(zone, NR_ALLOC_BATCH);
2620                         list_del(&page->lru);
2621                         pcp->count--;
2622
2623                 } while (check_new_pcp(page));
2624         } else {
2625                 /*
2626                  * We most definitely don't want callers attempting to
2627                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2628                  */
2629                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2630                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2631
2632                 do {
2633                         page = NULL;
2634                         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2635                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2636                                 if (page)
2637                                         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2638                         }
2639                         if (!page)
2640                                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2641                 } while (page && check_new_pages(page, order));
2642                 spin_unlock(&zone->lock);
2643                 if (!page)
2644                         goto failed;
2645                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2646                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2647                                           get_pcppage_migratetype(page));
2648         }
2649
2650         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2651             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2652                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2653
2654         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2655         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2656         local_irq_restore(flags);
2657
2658         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2659         return page;
2660
2661 failed:
2662         local_irq_restore(flags);
2663         return NULL;
2664 }
2665
2666 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2667
2668 static struct {
2669         struct fault_attr attr;
2670
2671         bool ignore_gfp_highmem;
2672         bool ignore_gfp_reclaim;
2673         u32 min_order;
2674 } fail_page_alloc = {
2675         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2676         .ignore_gfp_reclaim = true,
2677         .ignore_gfp_highmem = true,
2678         .min_order = 1,
2679 };
2680
2681 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2682 {
2683         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2684 }
2685 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2686
2687 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2688 {
2689         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2690                 return false;
2691         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2692                 return false;
2693         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2694                 return false;
2695         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2696                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2697                 return false;
2698
2699         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2700 }
2701
2702 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2703
2704 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2705 {
2706         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2707         struct dentry *dir;
2708
2709         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2710                                         &fail_page_alloc.attr);
2711         if (IS_ERR(dir))
2712                 return PTR_ERR(dir);
2713
2714         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2715                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2716                 goto fail;
2717         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2718                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2719                 goto fail;
2720         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2721                                 &fail_page_alloc.min_order))
2722                 goto fail;
2723
2724         return 0;
2725 fail:
2726         debugfs_remove_recursive(dir);
2727
2728         return -ENOMEM;
2729 }
2730
2731 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2732
2733 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2734
2735 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2736
2737 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2738 {
2739         return false;
2740 }
2741
2742 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2743
2744 /*
2745  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2746  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2747  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2748  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2749  */
2750 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2751                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2752                          long free_pages)
2753 {
2754         long min = mark;
2755         int o;
2756         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2757
2758         /* free_pages may go negative - that's OK */
2759         free_pages -= (1 << order) - 1;
2760
2761         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2762                 min -= min / 2;
2763
2764         /*
2765          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2766          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2767          * atomic reserve but it avoids a search.
2768          */
2769         if (likely(!alloc_harder))
2770                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2771         else
2772                 min -= min / 4;
2773
2774 #ifdef CONFIG_CMA
2775         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2776         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2777                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2778 #endif
2779
2780         /*
2781          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2782          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2783          * even if a suitable page happened to be free.
2784          */
2785         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2786                 return false;
2787
2788         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2789         if (!order)
2790                 return true;
2791
2792         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2793         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2794                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2795                 int mt;
2796
2797                 if (!area->nr_free)
2798                         continue;
2799
2800                 if (alloc_harder)
2801                         return true;
2802
2803                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2804                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2805                                 return true;
2806                 }
2807
2808 #ifdef CONFIG_CMA
2809                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2810                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2811                         return true;
2812                 }
2813 #endif
2814         }
2815         return false;
2816 }
2817
2818 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2819                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2820 {
2821         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2822                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2823 }
2824
2825 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2826                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2827 {
2828         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2829         long cma_pages = 0;
2830
2831 #ifdef CONFIG_CMA
2832         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2833         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2834                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2835 #endif
2836
2837         /*
2838          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2839          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2840          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2841          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2842          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2843          */
2844         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2845                 return true;
2846
2847         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2848                                         free_pages);
2849 }
2850
2851 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2852                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2853 {
2854         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2855
2856         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2857                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2858
2859         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2860                                                                 free_pages);
2861 }
2862
2863 #ifdef CONFIG_NUMA
2864 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2865 {
2866         return local_zone->node == zone->node;
2867 }
2868
2869 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2870 {
2871         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2872                                 RECLAIM_DISTANCE;
2873 }
2874 #else   /* CONFIG_NUMA */
2875 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2876 {
2877         return true;
2878 }
2879
2880 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2881 {
2882         return true;
2883 }
2884 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2885
2886 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2887 {
2888         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2889
2890         do {
2891                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2892                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2893                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2894                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2895         } while (zone++ != preferred_zone);
2896 }
2897
2898 /*
2899  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2900  * a page.
2901  */
2902 static struct page *
2903 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2904                                                 const struct alloc_context *ac)
2905 {
2906         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2907         struct zone *zone;
2908         bool fair_skipped = false;
2909         bool apply_fair = (alloc_flags & ALLOC_FAIR);
2910
2911 zonelist_scan:
2912         /*
2913          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2914          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2915          */
2916         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2917                                                                 ac->nodemask) {
2918                 struct page *page;
2919                 unsigned long mark;
2920
2921                 if (cpusets_enabled() &&
2922                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2923                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2924                                 continue;
2925                 /*
2926                  * Distribute pages in proportion to the individual
2927                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2928                  * page was allocated in should have no effect on the
2929                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2930                  */
2931                 if (apply_fair) {
2932                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2933                                 fair_skipped = true;
2934                                 continue;
2935                         }
2936                         if (!zone_local(ac->preferred_zoneref->zone, zone)) {
2937                                 if (fair_skipped)
2938                                         goto reset_fair;
2939                                 apply_fair = false;
2940                         }
2941                 }
2942                 /*
2943                  * When allocating a page cache page for writing, we
2944                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2945                  * limit, such that no single zone holds more than its
2946                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2947                  * The dirty limits take into account the zone's
2948                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2949                  * should be able to balance it without having to
2950                  * write pages from its LRU list.
2951                  *
2952                  * This may look like it could increase pressure on
2953                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2954                  * before they are full.  But the pages that do spill
2955                  * over are limited as the lower zones are protected
2956                  * by this very same mechanism.  It should not become
2957                  * a practical burden to them.
2958                  *
2959                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2960                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2961                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2962                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2963                  * zones are together not big enough to reach the
2964                  * global limit.  The proper fix for these situations
2965                  * will require awareness of zones in the
2966                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2967                  */
2968                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2969                         continue;
2970
2971                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2972                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
2973                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
2974                         int ret;
2975
2976                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2977                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2978                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2979                                 goto try_this_zone;
2980
2981                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2982                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
2983                                 continue;
2984
2985                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2986                         switch (ret) {
2987                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2988                                 /* did not scan */
2989                                 continue;
2990                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2991                                 /* scanned but unreclaimable */
2992                                 continue;
2993                         default:
2994                                 /* did we reclaim enough */
2995                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2996                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
2997                                         goto try_this_zone;
2998
2999                                 continue;
3000                         }
3001                 }
3002
3003 try_this_zone:
3004                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3005                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3006                 if (page) {
3007                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3008
3009                         /*
3010                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3011                          * if the pageblock should be reserved for the future
3012                          */
3013                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3014                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3015
3016                         return page;
3017                 }
3018         }
3019
3020         /*
3021          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
3022          * local node.  However, the local node might have free pages left
3023          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
3024          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
3025          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
3026          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
3027          */
3028         if (fair_skipped) {
3029 reset_fair:
3030                 apply_fair = false;
3031                 fair_skipped = false;
3032                 reset_alloc_batches(ac->preferred_zoneref->zone);
3033                 z = ac->preferred_zoneref;
3034                 goto zonelist_scan;
3035         }
3036
3037         return NULL;
3038 }
3039
3040 /*
3041  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3042  * meminfo in irq context.
3043  */
3044 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3045 {
3046         bool ret = false;
3047
3048 #if NODES_SHIFT > 8
3049         ret = in_interrupt();
3050 #endif
3051         return ret;
3052 }
3053
3054 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
3055                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3056                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3057
3058 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
3059 {
3060         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3061
3062         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3063             debug_guardpage_minorder() > 0)
3064                 return;
3065
3066         /*
3067          * This documents exceptions given to allocations in certain
3068          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3069          * of allowed nodes.
3070          */
3071         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3072                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3073                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3074                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3075         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3076                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3077
3078         if (fmt) {
3079                 struct va_format vaf;
3080                 va_list args;
3081
3082                 va_start(args, fmt);
3083
3084                 vaf.fmt = fmt;
3085                 vaf.va = &args;
3086
3087                 pr_warn("%pV", &vaf);
3088
3089                 va_end(args);
3090         }
3091
3092         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
3093                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
3094         dump_stack();
3095         if (!should_suppress_show_mem())
3096                 show_mem(filter);
3097 }
3098
3099 static inline struct page *
3100 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3101         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3102 {
3103         struct oom_control oc = {
3104                 .zonelist = ac->zonelist,
3105                 .nodemask = ac->nodemask,
3106                 .gfp_mask = gfp_mask,
3107                 .order = order,
3108         };
3109         struct page *page;
3110
3111         *did_some_progress = 0;
3112
3113         /*
3114          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3115          * making progress for us.
3116          */
3117         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3118                 *did_some_progress = 1;
3119                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3120                 return NULL;
3121         }
3122
3123         /*
3124          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3125          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3126          * we're still under heavy pressure.
3127          */
3128         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3129                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3130         if (page)
3131                 goto out;
3132
3133         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3134                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3135                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3136                         goto out;
3137                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3138                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3139                         goto out;
3140                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3141                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3142                         goto out;
3143                 if (pm_suspended_storage())
3144                         goto out;
3145                 /*
3146                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3147                  * other request to make a forward progress.
3148                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3149                  * do much for this context but let's try it to at least get
3150                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
3151                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3152                  * failures more gracefully we should just bail out here.
3153                  */
3154
3155                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3156                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3157                         goto out;
3158         }
3159         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3160         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3161                 *did_some_progress = 1;
3162
3163                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3164                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3165                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
3166                         /*
3167                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3168                          * are depleted
3169                          */
3170                         if (!page)
3171                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3172                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3173                 }
3174         }
3175 out:
3176         mutex_unlock(&oom_lock);
3177         return page;
3178 }
3179
3180
3181 /*
3182  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3183  * killer is consider as the only way to move forward.
3184  */
3185 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3186
3187 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3188 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3189 static struct page *
3190 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3191                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3192                 enum migrate_mode mode, enum compact_result *compact_result)
3193 {
3194         struct page *page;
3195         int contended_compaction;
3196
3197         if (!order)
3198                 return NULL;
3199
3200         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3201         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3202                                                 mode, &contended_compaction);
3203         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3204
3205         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3206                 return NULL;
3207
3208         /*
3209          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3210          * count a compaction stall
3211          */
3212         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3213
3214         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3215                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3216
3217         if (page) {
3218                 struct zone *zone = page_zone(page);
3219
3220                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3221                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3222                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3223                 return page;
3224         }
3225
3226         /*
3227          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3228          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3229          */
3230         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3231
3232         /*
3233          * In all zones where compaction was attempted (and not
3234          * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3235          * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3236          * so we fallback to base pages instead.
3237          */
3238         if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3239                 *compact_result = COMPACT_CONTENDED;
3240
3241         /*
3242          * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3243          * want to further increase allocation latency, unless it is
3244          * khugepaged trying to collapse.
3245          */
3246         if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3247                 && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3248                 *compact_result = COMPACT_CONTENDED;
3249
3250         cond_resched();
3251
3252         return NULL;
3253 }
3254
3255 static inline bool
3256 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3257                      enum compact_result compact_result, enum migrate_mode *migrate_mode,
3258                      int compaction_retries)
3259 {
3260         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3261
3262         if (!order)
3263                 return false;
3264
3265         /*
3266          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3267          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3268          * failure could be caused by weak migration mode.
3269          */
3270         if (compaction_failed(compact_result)) {
3271                 if (*migrate_mode == MIGRATE_ASYNC) {
3272                         *migrate_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3273                         return true;
3274                 }
3275                 return false;
3276         }
3277
3278         /*
3279          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3280          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3281          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3282          * compaction.
3283          */
3284         if (compaction_withdrawn(compact_result))
3285                 return compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3286
3287         /*
3288          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3289          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3290          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3291          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3292          * would need much more detailed feedback from compaction to
3293          * make a better decision.
3294          */
3295         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3296                 max_retries /= 4;
3297         if (compaction_retries <= max_retries)
3298                 return true;
3299
3300         return false;
3301 }
3302 #else
3303 static inline struct page *
3304 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3305                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3306                 enum migrate_mode mode, enum compact_result *compact_result)
3307 {
3308         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3309         return NULL;
3310 }
3311
3312 static inline bool
3313 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3314                      enum compact_result compact_result,
3315                      enum migrate_mode *migrate_mode,
3316                      int compaction_retries)
3317 {
3318         struct zone *zone;
3319         struct zoneref *z;
3320
3321         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3322                 return false;
3323
3324         /*
3325          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3326          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3327          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3328          * watermarks are OK.
3329          */
3330         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3331                                         ac->nodemask) {
3332                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3333                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3334                         return true;
3335         }
3336         return false;
3337 }
3338 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3339
3340 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3341 static int
3342 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3343                                         const struct alloc_context *ac)
3344 {
3345         struct reclaim_state reclaim_state;
3346         int progress;
3347
3348         cond_resched();
3349
3350         /* We now go into synchronous reclaim */
3351         cpuset_memory_pressure_bump();
3352         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3353         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3354         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3355         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3356
3357         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3358                                                                 ac->nodemask);
3359
3360         current->reclaim_state = NULL;
3361         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3362         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3363
3364         cond_resched();
3365
3366         return progress;
3367 }
3368
3369 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3370 static inline struct page *
3371 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3372                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3373                 unsigned long *did_some_progress)
3374 {
3375         struct page *page = NULL;
3376         bool drained = false;
3377
3378         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3379         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3380                 return NULL;
3381
3382 retry:
3383         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3384                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3385
3386         /*
3387          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3388          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3389          * Shrink them them and try again
3390          */
3391         if (!page && !drained) {
3392                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3393                 drain_all_pages(NULL);
3394                 drained = true;
3395                 goto retry;
3396         }
3397
3398         return page;
3399 }
3400
3401 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3402 {
3403         struct zoneref *z;
3404         struct zone *zone;
3405
3406         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3407                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
3408                 wakeup_kswapd(zone, order, ac_classzone_idx(ac));
3409 }
3410
3411 static inline unsigned int
3412 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3413 {
3414         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3415
3416         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3417         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3418
3419         /*
3420          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3421          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3422          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3423          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3424          */
3425         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3426
3427         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3428                 /*
3429                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3430                  * if it can't schedule.
3431                  */
3432                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3433                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3434                 /*
3435                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3436                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3437                  */
3438                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3439         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3440                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3441
3442         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3443                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3444                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3445                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3446                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3447                 else if (!in_interrupt() &&
3448                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3449                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3450                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3451         }
3452 #ifdef CONFIG_CMA
3453         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3454                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3455 #endif
3456         return alloc_flags;
3457 }
3458
3459 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3460 {
3461         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3462 }
3463
3464 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3465 {
3466         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3467 }
3468
3469 /*
3470  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3471  * is consider as the only way to move forward.
3472  */
3473 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3474
3475 /*
3476  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3477  * for the given allocation request.
3478  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3479  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3480  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3481  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3482  * no_progress_loops).
3483  *
3484  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3485  */
3486 static inline bool
3487 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3488                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3489                      bool did_some_progress, int no_progress_loops)
3490 {
3491         struct zone *zone;
3492         struct zoneref *z;
3493
3494         /*
3495          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3496          * several times in the row.
3497          */
3498         if (no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3499                 return false;
3500
3501         /*
3502          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead somewhere.
3503          * If none of the target zones can satisfy our allocation request even
3504          * if all reclaimable pages are considered then we are screwed and have
3505          * to go OOM.
3506          */
3507         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3508                                         ac->nodemask) {
3509                 unsigned long available;
3510                 unsigned long reclaimable;
3511
3512                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3513                 available -= DIV_ROUND_UP(no_progress_loops * available,
3514                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3515                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3516
3517                 /*
3518                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3519                  * available?
3520                  */
3521                 if (__zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark_pages(zone),
3522                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available)) {
3523                         /*
3524                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3525                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3526                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3527                          * prevent from pre mature OOM
3528                          */
3529                         if (!did_some_progress) {
3530                                 unsigned long writeback;
3531                                 unsigned long dirty;
3532
3533                                 writeback = zone_page_state_snapshot(zone,
3534                                                                      NR_WRITEBACK);
3535                                 dirty = zone_page_state_snapshot(zone, NR_FILE_DIRTY);
3536
3537                                 if (2*(writeback + dirty) > reclaimable) {
3538                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3539                                         return true;
3540                                 }
3541                         }
3542
3543                         /*
3544                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3545                          * context and the current implementation of the WQ
3546                          * concurrency control doesn't recognize that
3547                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3548                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3549                          * do a short sleep here rather than calling
3550                          * cond_resched().
3551                          */
3552                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3553                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3554                         else
3555                                 cond_resched();
3556
3557                         return true;
3558                 }
3559         }
3560
3561         return false;
3562 }
3563
3564 static inline struct page *
3565 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3566                                                 struct alloc_context *ac)
3567 {
3568         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3569         struct page *page = NULL;
3570         unsigned int alloc_flags;
3571         unsigned long did_some_progress;
3572         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3573         enum compact_result compact_result;
3574         int compaction_retries = 0;
3575         int no_progress_loops = 0;
3576
3577         /*
3578          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3579          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3580          * be using allocators in order of preference for an area that is
3581          * too large.
3582          */
3583         if (order >= MAX_ORDER) {
3584                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3585                 return NULL;
3586         }
3587
3588         /*
3589          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3590          * callers that are not in atomic context.
3591          */
3592         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3593                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3594                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3595
3596 retry:
3597         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3598                 wake_all_kswapds(order, ac);
3599
3600         /*
3601          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3602          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3603          * to how we want to proceed.
3604          */
3605         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3606
3607         /*
3608          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3609          * These allocations are high priority and system rather than user
3610          * orientated.
3611          */
3612         if ((alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) || !(alloc_flags & ALLOC_CPUSET)) {
3613                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3614                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3615                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3616         }
3617
3618         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3619         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3620                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3621         if (page)
3622                 goto got_pg;
3623
3624         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3625         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3626                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3627                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3628                 if (page)
3629                         goto got_pg;
3630         }
3631
3632         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3633         if (!can_direct_reclaim) {
3634                 /*
3635                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3636                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3637                  * to fail.
3638                  */
3639                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3640                 goto nopage;
3641         }
3642
3643         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3644         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3645                 /*
3646                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3647                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3648                  * for somebody to do a work for us.
3649                  */
3650                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3651                         cond_resched();
3652                         goto retry;
3653                 }
3654                 goto nopage;
3655         }
3656
3657         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3658         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3659                 goto nopage;
3660
3661         /*
3662          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3663          * attempts after direct reclaim are synchronous
3664          */
3665         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3666                                         migration_mode,
3667                                         &compact_result);
3668         if (page)
3669                 goto got_pg;
3670
3671         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3672         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3673                 /*
3674                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3675                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3676                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3677                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3678                  * instead of entering direct reclaim.
3679                  */
3680                 if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3681                         goto nopage;
3682
3683                 /*
3684                  * Compaction is contended so rather back off than cause
3685                  * excessive stalls.
3686                  */
3687                 if(compact_result == COMPACT_CONTENDED)
3688                         goto nopage;
3689         }
3690
3691         if (order && compaction_made_progress(compact_result))
3692                 compaction_retries++;
3693
3694         /* Try direct reclaim and then allocating */
3695         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3696                                                         &did_some_progress);
3697         if (page)
3698                 goto got_pg;
3699
3700         /* Do not loop if specifically requested */
3701         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3702                 goto noretry;
3703
3704         /*
3705          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3706          * __GFP_REPEAT
3707          */
3708         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3709                 goto noretry;
3710
3711         /*
3712          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3713          * their order will become available due to high fragmentation so
3714          * always increment the no progress counter for them
3715          */
3716         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3717                 no_progress_loops = 0;
3718         else
3719                 no_progress_loops++;
3720
3721         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3722                                  did_some_progress > 0, no_progress_loops))
3723                 goto retry;
3724
3725         /*
3726          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3727          * reclaim is not able to make any progress because the current
3728          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3729          * of free memory (see __compaction_suitable)
3730          */
3731         if (did_some_progress > 0 &&
3732                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3733                                 compact_result, &migration_mode,
3734                                 compaction_retries))
3735                 goto retry;
3736
3737         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3738         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3739         if (page)
3740                 goto got_pg;
3741
3742         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3743         if (did_some_progress) {
3744                 no_progress_loops = 0;
3745                 goto retry;
3746         }
3747
3748 noretry:
3749         /*
3750          * High-order allocations do not necessarily loop after direct reclaim
3751          * and reclaim/compaction depends on compaction being called after
3752          * reclaim so call directly if necessary.
3753          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3754          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3755          * khugepaged trying to collapse. All other requests should tolerate
3756          * at least light sync migration.
3757          */
3758         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask) && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3759                 migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3760         else
3761                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3762         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3763                                             ac, migration_mode,
3764                                             &compact_result);
3765         if (page)
3766                 goto got_pg;
3767 nopage:
3768         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3769 got_pg:
3770         return page;
3771 }
3772
3773 /*
3774  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3775  */
3776 struct page *
3777 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3778                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3779 {
3780         struct page *page;
3781         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3782         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_FAIR;
3783         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3784         struct alloc_context ac = {
3785                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3786                 .zonelist = zonelist,
3787                 .nodemask = nodemask,
3788                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3789         };
3790
3791         if (cpusets_enabled()) {
3792                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3793                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3794                 if (!ac.nodemask)
3795                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3796         }
3797
3798         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3799
3800         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3801
3802         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3803
3804         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3805                 return NULL;
3806
3807         /*
3808          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3809          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3810          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3811          */
3812         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3813                 return NULL;
3814
3815         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3816                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3817
3818 retry_cpuset:
3819         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3820
3821         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3822         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3823
3824         /*
3825          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3826          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3827          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3828          */
3829         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3830                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3831         if (!ac.preferred_zoneref) {
3832                 page = NULL;
3833                 goto no_zone;
3834         }
3835
3836         /* First allocation attempt */
3837         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3838         if (likely(page))
3839                 goto out;
3840
3841         /*
3842          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3843          * because I/O on the device might not complete.
3844          */
3845         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3846         ac.spread_dirty_pages = false;
3847
3848         /*
3849          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3850          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3851          */
3852         if (cpusets_enabled())
3853                 ac.nodemask = nodemask;
3854         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3855
3856 no_zone:
3857         /*
3858          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3859          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3860          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3861          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3862          */
3863         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3864                 alloc_mask = gfp_mask;
3865                 goto retry_cpuset;
3866         }
3867
3868 out:
3869         if (kmemcheck_enabled && page)
3870                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3871
3872         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3873
3874         return page;
3875 }
3876 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3877
3878 /*
3879  * Common helper functions.
3880  */
3881 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3882 {
3883         struct page *page;
3884
3885         /*
3886          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3887          * a highmem page
3888          */
3889         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3890
3891         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3892         if (!page)
3893                 return 0;
3894         return (unsigned long) page_address(page);
3895 }
3896 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3897
3898 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3899 {
3900         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3901 }
3902 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3903
3904 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3905 {
3906         if (put_page_testzero(page)) {
3907                 if (order == 0)
3908                         free_hot_cold_page(page, false);
3909                 else
3910                         __free_pages_ok(page, order);
3911         }
3912 }
3913
3914 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3915
3916 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3917 {
3918         if (addr != 0) {
3919                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3920                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3921         }
3922 }
3923
3924 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3925
3926 /*
3927  * Page Fragment:
3928  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3929  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3930  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3931  *
3932  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3933  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3934  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3935  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3936  */
3937 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3938                                        gfp_t gfp_mask)
3939 {
3940         struct page *page = NULL;
3941         gfp_t gfp = gfp_mask;
3942
3943 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3944         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3945                     __GFP_NOMEMALLOC;
3946         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3947                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3948         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3949 #endif
3950         if (unlikely(!page))
3951                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3952
3953         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3954
3955         return page;
3956 }
3957
3958 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3959                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3960 {
3961         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3962         struct page *page;
3963         int offset;
3964
3965         if (unlikely(!nc->va)) {
3966 refill:
3967                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3968                 if (!page)
3969                         return NULL;
3970
3971 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3972                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3973                 size = nc->size;
3974 #endif
3975                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3976                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3977                  */
3978                 page_ref_add(page, size - 1);
3979
3980                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3981                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3982                 nc->pagecnt_bias = size;
3983                 nc->offset = size;
3984         }
3985
3986         offset = nc->offset - fragsz;
3987         if (unlikely(offset < 0)) {
3988                 page = virt_to_page(nc->va);
3989
3990                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3991                         goto refill;
3992
3993 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3994                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3995                 size = nc->size;
3996 #endif
3997                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3998                 set_page_count(page, size);
3999
4000                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4001                 nc->pagecnt_bias = size;
4002                 offset = size - fragsz;
4003         }
4004
4005         nc->pagecnt_bias--;
4006         nc->offset = offset;
4007
4008         return nc->va + offset;
4009 }
4010 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
4011
4012 /*
4013  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4014  */
4015 void __free_page_frag(void *addr)
4016 {
4017         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4018
4019         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4020                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4021 }
4022 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
4023
4024 /*
4025  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
4026  * of the current memory cgroup if __GFP_ACCOUNT is set, other than that it is
4027  * equivalent to alloc_pages.
4028  *
4029  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
4030  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
4031  */
4032 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4033 {
4034         struct page *page;
4035
4036         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4037         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
4038                 __free_pages(page, order);
4039                 page = NULL;
4040         }
4041         return page;
4042 }
4043
4044 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4045 {
4046         struct page *page;
4047
4048         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4049         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
4050                 __free_pages(page, order);
4051                 page = NULL;
4052         }
4053         return page;
4054 }
4055
4056 /*
4057  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
4058  * alloc_kmem_pages.
4059  */
4060 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
4061 {
4062         memcg_kmem_uncharge(page, order);
4063         __free_pages(page, order);
4064 }
4065
4066 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4067 {
4068         if (addr != 0) {
4069                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4070                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4071         }
4072 }
4073
4074 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4075                 size_t size)
4076 {
4077         if (addr) {
4078                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4079                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4080
4081                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4082                 while (used < alloc_end) {
4083                         free_page(used);
4084                         used += PAGE_SIZE;
4085                 }
4086         }
4087         return (void *)addr;
4088 }
4089
4090 /**
4091  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4092  * @size: the number of bytes to allocate
4093  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4094  *
4095  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4096  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4097  * allocate memory in power-of-two pages.
4098  *
4099  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4100  *
4101  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4102  */
4103 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4104 {
4105         unsigned int order = get_order(size);
4106         unsigned long addr;
4107
4108         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4109         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4110 }
4111 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4112
4113 /**
4114  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4115  *                         pages on a node.
4116  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4117  * @size: the number of bytes to allocate
4118  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4119  *
4120  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4121  * back.
4122  */
4123 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4124 {
4125         unsigned int order = get_order(size);
4126         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4127         if (!p)
4128                 return NULL;
4129         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4130 }
4131
4132 /**
4133  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4134  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4135  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4136  *
4137  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4138  */
4139 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4140 {
4141         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4142         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4143
4144         while (addr < end) {
4145                 free_page(addr);
4146                 addr += PAGE_SIZE;
4147         }
4148 }
4149 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4150
4151 /**
4152  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4153  * @offset: The zone index of the highest zone
4154  *
4155  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4156  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4157  * zone, the number of pages is calculated as:
4158  *     managed_pages - high_pages
4159  */
4160 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4161 {
4162         struct zoneref *z;
4163         struct zone *zone;
4164
4165         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4166         unsigned long sum = 0;
4167
4168         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4169
4170         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4171                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4172                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4173                 if (size > high)
4174                         sum += size - high;
4175         }
4176
4177         return sum;
4178 }
4179
4180 /**
4181  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4182  *
4183  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4184  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4185  */
4186 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4187 {
4188         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4189 }
4190 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4191
4192 /**
4193  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4194  *
4195  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4196  * high watermark within all zones.
4197  */
4198 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4199 {
4200         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4201 }
4202
4203 static inline void show_node(struct zone *zone)
4204 {
4205         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4206                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4207 }
4208
4209 long si_mem_available(void)
4210 {
4211         long available;
4212         unsigned long pagecache;
4213         unsigned long wmark_low = 0;
4214         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4215         struct zone *zone;
4216         int lru;
4217
4218         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4219                 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4220
4221         for_each_zone(zone)
4222                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4223
4224         /*
4225          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4226          * without causing swapping.
4227          */
4228         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4229
4230         /*
4231          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4232          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4233          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4234          */
4235         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4236         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4237         available += pagecache;
4238
4239         /*
4240          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4241          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4242          */
4243         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4244                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4245
4246         if (available < 0)
4247                 available = 0;
4248         return available;
4249 }
4250 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4251
4252 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4253 {
4254         val->totalram = totalram_pages;
4255         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
4256         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4257         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4258         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4259         val->freehigh = nr_free_highpages();
4260         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4261 }
4262
4263 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4264
4265 #ifdef CONFIG_NUMA
4266 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4267 {
4268         int zone_type;          /* needs to be signed */
4269         unsigned long managed_pages = 0;
4270         unsigned long managed_highpages = 0;
4271         unsigned long free_highpages = 0;
4272         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4273
4274         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4275                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4276         val->totalram = managed_pages;
4277         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
4278         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4279 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4280         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4281                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4282
4283                 if (is_highmem(zone)) {
4284                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4285                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4286                 }
4287         }
4288         val->totalhigh = managed_highpages;
4289         val->freehigh = free_highpages;
4290 #else
4291         val->totalhigh = managed_highpages;
4292         val->freehigh = free_highpages;
4293 #endif
4294         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4295 }
4296 #endif
4297
4298 /*
4299  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4300  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4301  */
4302 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
4303 {
4304         bool ret = false;
4305         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4306
4307         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4308                 goto out;
4309
4310         do {
4311                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4312                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
4313         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
4314 out:
4315         return ret;
4316 }
4317
4318 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4319
4320 static void show_migration_types(unsigned char type)
4321 {
4322         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4323                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4324                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4325                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4326                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4327 #ifdef CONFIG_CMA
4328                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4329 #endif
4330 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4331                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4332 #endif
4333         };
4334         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4335         char *p = tmp;
4336         int i;
4337
4338         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4339                 if (type & (1 << i))
4340                         *p++ = types[i];
4341         }
4342
4343         *p = '\0';
4344         printk("(%s) ", tmp);
4345 }
4346
4347 /*
4348  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4349  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4350  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4351  *
4352  * Bits in @filter:
4353  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4354  *   cpuset.
4355  */
4356 void show_free_areas(unsigned int filter)
4357 {
4358         unsigned long free_pcp = 0;
4359         int cpu;
4360         struct zone *zone;
4361
4362         for_each_populated_zone(zone) {
4363                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4364                         continue;
4365
4366                 for_each_online_cpu(cpu)
4367                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4368         }
4369
4370         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4371                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4372                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4373                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4374                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4375                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4376                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4377                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4378                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4379                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4380                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4381                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4382                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4383                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4384                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
4385                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4386                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4387                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4388                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4389                 global_page_state(NR_SHMEM),
4390                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4391                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4392                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4393                 free_pcp,
4394                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4395
4396         for_each_populated_zone(zone) {
4397                 int i;
4398
4399                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4400                         continue;
4401
4402                 free_pcp = 0;
4403                 for_each_online_cpu(cpu)
4404                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4405
4406                 show_node(zone);
4407                 printk("%s"
4408                         " free:%lukB"
4409                         " min:%lukB"
4410                         " low:%lukB"
4411                         " high:%lukB"
4412                         " active_anon:%lukB"
4413                         " inactive_anon:%lukB"
4414                         " active_file:%lukB"
4415                         " inactive_file:%lukB"
4416                         " unevictable:%lukB"
4417                         " isolated(anon):%lukB"
4418                         " isolated(file):%lukB"
4419                         " present:%lukB"
4420                         " managed:%lukB"
4421                         " mlocked:%lukB"
4422                         " dirty:%lukB"
4423                         " writeback:%lukB"
4424                         " mapped:%lukB"
4425                         " shmem:%lukB"
4426                         " slab_reclaimable:%lukB"
4427                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4428                         " kernel_stack:%lukB"
4429                         " pagetables:%lukB"
4430                         " unstable:%lukB"
4431                         " bounce:%lukB"
4432                         " free_pcp:%lukB"
4433                         " local_pcp:%ukB"
4434                         " free_cma:%lukB"
4435                         " writeback_tmp:%lukB"
4436                         " pages_scanned:%lu"
4437                         " all_unreclaimable? %s"
4438                         "\n",
4439                         zone->name,
4440                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4441                         K(min_wmark_pages(zone)),
4442                         K(low_wmark_pages(zone)),
4443                         K(high_wmark_pages(zone)),
4444                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
4445                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
4446                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
4447                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
4448                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
4449                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
4450                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
4451                         K(zone->present_pages),
4452                         K(zone->managed_pages),
4453                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4454                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
4455                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
4456                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
4457                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
4458                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4459                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4460                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
4461                                 THREAD_SIZE / 1024,
4462                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4463                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
4464                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4465                         K(free_pcp),
4466                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4467                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
4468                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4469                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
4470                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
4471                         );
4472                 printk("lowmem_reserve[]:");
4473                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4474                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4475                 printk("\n");
4476         }
4477
4478         for_each_populated_zone(zone) {
4479                 unsigned int order;
4480                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4481                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4482
4483                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4484                         continue;
4485                 show_node(zone);
4486                 printk("%s: ", zone->name);
4487
4488                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4489                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4490                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4491                         int type;
4492
4493                         nr[order] = area->nr_free;
4494                         total += nr[order] << order;
4495
4496                         types[order] = 0;
4497                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4498                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4499                                         types[order] |= 1 << type;
4500                         }
4501                 }
4502                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4503                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4504                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4505                         if (nr[order])
4506                                 show_migration_types(types[order]);
4507                 }
4508                 printk("= %lukB\n", K(total));
4509         }
4510
4511         hugetlb_show_meminfo();
4512
4513         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
4514
4515         show_swap_cache_info();
4516 }
4517
4518 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4519 {
4520         zoneref->zone = zone;
4521         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4522 }
4523
4524 /*
4525  * Builds allocation fallback zone lists.
4526  *
4527  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4528  */
4529 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4530                                 int nr_zones)
4531 {
4532         struct zone *zone;
4533         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4534
4535         do {
4536                 zone_type--;
4537                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4538                 if (populated_zone(zone)) {
4539                         zoneref_set_zone(zone,
4540                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4541                         check_highest_zone(zone_type);
4542                 }
4543         } while (zone_type);
4544
4545         return nr_zones;
4546 }
4547
4548
4549 /*
4550  *  zonelist_order:
4551  *  0 = automatic detection of better ordering.
4552  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4553  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4554  *
4555  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4556  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4557  */
4558 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4559 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4560 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4561
4562 /* zonelist order in the kernel.
4563  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4564  */
4565 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4566 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4567
4568
4569 #ifdef CONFIG_NUMA
4570 /* The value user specified ....changed by config */
4571 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4572 /* string for sysctl */
4573 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4574 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4575
4576 /*
4577  * interface for configure zonelist ordering.
4578  * command line option "numa_zonelist_order"
4579  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4580  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4581  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4582  */
4583
4584 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4585 {
4586         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4587                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4588         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4589                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4590         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4591                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4592         } else {
4593                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4594                 return -EINVAL;
4595         }
4596         return 0;
4597 }
4598
4599 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4600 {
4601         int ret;
4602
4603         if (!s)
4604                 return 0;
4605
4606         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4607         if (ret == 0)
4608                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4609
4610         return ret;
4611 }
4612 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4613
4614 /*
4615  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4616  */
4617 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4618                 void __user *buffer, size_t *length,
4619                 loff_t *ppos)
4620 {
4621         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4622         int ret;
4623         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4624
4625         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4626         if (write) {
4627                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4628                         ret = -EINVAL;
4629                         goto out;
4630                 }
4631                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4632         }
4633         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4634         if (ret)
4635                 goto out;
4636         if (write) {
4637                 int oldval = user_zonelist_order;
4638
4639                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4640                 if (ret) {
4641                         /*
4642                          * bogus value.  restore saved string
4643                          */
4644                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4645                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4646                         user_zonelist_order = oldval;
4647                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4648                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4649                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4650                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4651                 }
4652         }
4653 out:
4654         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4655         return ret;
4656 }
4657
4658
4659 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4660 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4661
4662 /**
4663  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4664  * @node: node whose fallback list we're appending
4665  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4666  *
4667  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4668  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4669  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4670  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4671  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4672  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4673  * on them otherwise.
4674  * It returns -1 if no node is found.
4675  */
4676 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4677 {
4678         int n, val;
4679         int min_val = INT_MAX;
4680         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4681         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4682
4683         /* Use the local node if we haven't already */
4684         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4685                 node_set(node, *used_node_mask);
4686                 return node;
4687         }
4688
4689         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4690
4691                 /* Don't want a node to appear more than once */
4692                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4693                         continue;
4694
4695                 /* Use the distance array to find the distance */
4696                 val = node_distance(node, n);
4697
4698                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4699                 val += (n < node);
4700
4701                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4702                 tmp = cpumask_of_node(n);
4703                 if (!cpumask_empty(tmp))
4704                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4705
4706                 /* Slight preference for less loaded node */
4707                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4708                 val += node_load[n];
4709
4710                 if (val < min_val) {
4711                         min_val = val;
4712                         best_node = n;
4713                 }
4714         }
4715
4716         if (best_node >= 0)
4717                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4718
4719         return best_node;
4720 }
4721
4722
4723 /*
4724  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4725  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4726  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4727  */
4728 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4729 {
4730         int j;
4731         struct zonelist *zonelist;
4732
4733         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4734         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4735                 ;
4736         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4737         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4738         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4739 }
4740
4741 /*
4742  * Build gfp_thisnode zonelists
4743  */
4744 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4745 {
4746         int j;
4747         struct zonelist *zonelist;
4748
4749         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4750         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4751         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4752         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4753 }
4754
4755 /*
4756  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4757  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4758  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4759  * may still exist in local DMA zone.
4760  */
4761 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4762
4763 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4764 {
4765         int pos, j, node;
4766         int zone_type;          /* needs to be signed */
4767         struct zone *z;
4768         struct zonelist *zonelist;
4769
4770         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4771         pos = 0;
4772         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4773                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4774                         node = node_order[j];
4775                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4776                         if (populated_zone(z)) {
4777                                 zoneref_set_zone(z,
4778                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4779                                 check_highest_zone(zone_type);
4780                         }
4781                 }
4782         }
4783         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4784         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4785 }
4786
4787 #if defined(CONFIG_64BIT)
4788 /*
4789  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4790  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4791  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4792  */
4793 static int default_zonelist_order(void)
4794 {
4795         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4796 }
4797 #else
4798 /*
4799  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4800  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4801  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4802  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4803  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4804  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4805  */
4806 static int default_zonelist_order(void)
4807 {
4808         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4809 }
4810 #endif /* CONFIG_64BIT */
4811
4812 static void set_zonelist_order(void)
4813 {
4814         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4815                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4816         else
4817                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4818 }
4819
4820 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4821 {
4822         int i, node, load;
4823         nodemask_t used_mask;
4824         int local_node, prev_node;
4825         struct zonelist *zonelist;
4826         unsigned int order = current_zonelist_order;
4827
4828         /* initialize zonelists */
4829         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4830                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4831                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4832                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4833         }
4834
4835         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4836         local_node = pgdat->node_id;
4837         load = nr_online_nodes;
4838         prev_node = local_node;
4839         nodes_clear(used_mask);
4840
4841         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4842         i = 0;
4843
4844         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4845                 /*
4846                  * We don't want to pressure a particular node.
4847                  * So adding penalty to the first node in same
4848                  * distance group to make it round-robin.
4849                  */
4850                 if (node_distance(local_node, node) !=
4851                     node_distance(local_node, prev_node))
4852                         node_load[node] = load;
4853
4854                 prev_node = node;
4855                 load--;
4856                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4857                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4858                 else
4859                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4860         }
4861
4862         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4863                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4864                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4865         }
4866
4867         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4868 }
4869
4870 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4871 /*
4872  * Return node id of node used for "local" allocations.
4873  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4874  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4875  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4876  */
4877 int local_memory_node(int node)
4878 {
4879         struct zoneref *z;
4880
4881         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4882                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4883                                    NULL);
4884         return z->zone->node;
4885 }
4886 #endif
4887
4888 #else   /* CONFIG_NUMA */
4889
4890 static void set_zonelist_order(void)
4891 {
4892         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4893 }
4894
4895 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4896 {
4897         int node, local_node;
4898         enum zone_type j;
4899         struct zonelist *zonelist;
4900
4901         local_node = pgdat->node_id;
4902
4903         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4904         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4905
4906         /*
4907          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4908          * of all the other nodes.
4909          * We don't want to pressure a particular node, so when
4910          * building the zones for node N, we make sure that the
4911          * zones coming right after the local ones are those from
4912          * node N+1 (modulo N)
4913          */
4914         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4915                 if (!node_online(node))
4916                         continue;
4917                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4918         }
4919         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4920                 if (!node_online(node))
4921                         continue;
4922                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4923         }
4924
4925         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4926         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4927 }
4928
4929 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4930
4931 /*
4932  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4933  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4934  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4935  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4936  * with interrupts disabled.
4937  *
4938  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4939  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4940  * hotplugged processors.
4941  *
4942  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4943  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4944  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4945  */
4946 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4947 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4948 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4949
4950 /*
4951  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4952  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4953  */
4954 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4955
4956 /* return values int ....just for stop_machine() */
4957 static int __build_all_zonelists(void *data)
4958 {
4959         int nid;
4960         int cpu;
4961         pg_data_t *self = data;
4962
4963 #ifdef CONFIG_NUMA
4964         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4965 #endif
4966
4967         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4968                 build_zonelists(self);
4969         }
4970
4971         for_each_online_node(nid) {
4972                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4973
4974                 build_zonelists(pgdat);
4975         }
4976
4977         /*
4978          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4979          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4980          * each zone will be allocated later when the per cpu
4981          * allocator is available.
4982          *
4983          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4984          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4985          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4986          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4987          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4988          * (a chicken-egg dilemma).
4989          */
4990         for_each_possible_cpu(cpu) {
4991                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4992
4993 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4994                 /*
4995                  * We now know the "local memory node" for each node--
4996                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4997                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4998                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4999                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5000                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5001                  */
5002                 if (cpu_online(cpu))
5003                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5004 #endif
5005         }
5006
5007         return 0;
5008 }
5009
5010 static noinline void __init
5011 build_all_zonelists_init(void)
5012 {
5013         __build_all_zonelists(NULL);
5014         mminit_verify_zonelist();
5015         cpuset_init_current_mems_allowed();
5016 }
5017
5018 /*
5019  * Called with zonelists_mutex held always
5020  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5021  *
5022  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
5023  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
5024  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5025  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5026  */
5027 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5028 {
5029         set_zonelist_order();
5030
5031         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5032                 build_all_zonelists_init();
5033         } else {
5034 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5035                 if (zone)
5036                         setup_zone_pageset(zone);
5037 #endif
5038                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5039                    of zonelist */
5040                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5041                 /* cpuset refresh routine should be here */
5042         }
5043         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5044         /*
5045          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5046          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5047          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5048          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5049          * disabled and enable it later
5050          */
5051         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5052                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5053         else
5054                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5055
5056         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5057                 nr_online_nodes,
5058                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5059                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5060                 vm_total_pages);
5061 #ifdef CONFIG_NUMA
5062         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5063 #endif
5064 }
5065
5066 /*
5067  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
5068  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
5069  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
5070  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
5071  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
5072  * conservative, even though it seems large.
5073  *
5074  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
5075  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
5076  */
5077 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
5078
5079 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5080 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5081 {
5082         unsigned long size = 1;
5083
5084         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
5085
5086         while (size < pages)
5087                 size <<= 1;
5088
5089         /*
5090          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
5091          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
5092          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
5093          */
5094         size = min(size, 4096UL);
5095
5096         return max(size, 4UL);
5097 }
5098 #else
5099 /*
5100  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
5101  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
5102  *
5103  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
5104  *
5105  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
5106  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
5107  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
5108  *
5109  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
5110  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
5111  *
5112  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
5113  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
5114  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
5115  */
5116 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5117 {
5118         return 4096UL;
5119 }
5120 #endif
5121
5122 /*
5123  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
5124  * to extract the more random high bits from the multiplicative
5125  * hash function before the remainder is taken.
5126  */
5127 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
5128 {
5129         return ffz(~size);
5130 }
5131
5132 /*
5133  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5134  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5135  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5136  */
5137 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5138                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5139 {
5140         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5141         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5142         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5143         unsigned long pfn;
5144         unsigned long nr_initialised = 0;
5145 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5146         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5147 #endif
5148
5149         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5150                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5151
5152         /*
5153          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5154          * memory
5155          */
5156         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5157                 start_pfn += altmap->reserve;
5158
5159         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5160                 /*
5161                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5162                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5163                  */
5164                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5165                         goto not_early;
5166
5167                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5168                         continue;
5169                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5170                         continue;
5171                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5172                         break;
5173
5174 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5175                 /*
5176                  * If not mirrored_kernelcore and ZONE_MOVABLE exists, range
5177                  * from zone_movable_pfn[nid] to end of each node should be
5178                  * ZONE_MOVABLE not ZONE_NORMAL. skip it.
5179                  */
5180                 if (!mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid])
5181                         if (zone == ZONE_NORMAL && pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5182                                 continue;
5183
5184                 /*
5185                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5186                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5187                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5188                  */
5189                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5190                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5191                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5192                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5193                                                 break;
5194                                 r = tmp;
5195                         }
5196                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5197                             memblock_is_mirror(r)) {
5198                                 /* already initialized as NORMAL */
5199                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5200                                 continue;
5201                         }
5202                 }
5203 #endif
5204
5205 not_early:
5206                 /*
5207                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5208                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5209                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5210                  * the address space during boot when many long-lived
5211                  * kernel allocations are made.
5212                  *
5213                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5214                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5215                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5216                  * pfn out of zone.
5217                  */
5218                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5219                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5220
5221                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5222                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5223                 } else {
5224                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5225                 }
5226         }
5227 }
5228
5229 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5230 {
5231         unsigned int order, t;
5232         for_each_migratetype_order(order, t) {
5233                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5234                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5235         }
5236 }
5237
5238 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5239 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5240         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5241 #endif
5242
5243 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5244 {
5245 #ifdef CONFIG_MMU
5246         int batch;
5247
5248         /*
5249          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5250          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5251          *
5252          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5253          */
5254         batch = zone->managed_pages / 1024;
5255         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5256                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5257         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5258         if (batch < 1)
5259                 batch = 1;
5260
5261         /*
5262          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5263          * of 2 value was found to be more likely to have
5264          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5265          *
5266          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5267          * batches of pages, one task can end up with a lot
5268          * of pages of one half of the possible page colors
5269          * and the other with pages of the other colors.
5270          */
5271         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5272
5273         return batch;
5274
5275 #else
5276         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5277          * conditions.
5278          *
5279          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5280          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5281          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5282          *
5283          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5284          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5285          * can be a significant delay between the individual batches being
5286          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5287          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5288          */
5289         return 0;
5290 #endif
5291 }
5292
5293 /*
5294  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5295  * ->batch must never be higher then ->high.
5296  * The following function updates them in a safe manner without read side
5297  * locking.
5298  *
5299  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5300  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5301  *
5302  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5303  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5304  * exist).
5305  */
5306 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5307                 unsigned long batch)
5308 {
5309        /* start with a fail safe value for batch */
5310         pcp->batch = 1;
5311         smp_wmb();
5312
5313        /* Update high, then batch, in order */
5314         pcp->high = high;
5315         smp_wmb();
5316
5317         pcp->batch = batch;
5318 }
5319
5320 /* a companion to pageset_set_high() */
5321 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5322 {
5323         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5324 }
5325
5326 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5327 {
5328         struct per_cpu_pages *pcp;
5329         int migratetype;
5330
5331         memset(p, 0, sizeof(*p));
5332
5333         pcp = &p->pcp;
5334         pcp->count = 0;
5335         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5336                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5337 }
5338
5339 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5340 {
5341         pageset_init(p);
5342         pageset_set_batch(p, batch);
5343 }
5344
5345 /*
5346  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5347  * to the value high for the pageset p.
5348  */
5349 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5350                                 unsigned long high)
5351 {
5352         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5353         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5354                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5355
5356         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5357 }
5358
5359 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5360                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5361 {
5362         if (percpu_pagelist_fraction)
5363                 pageset_set_high(pcp,
5364                         (zone->managed_pages /
5365                                 percpu_pagelist_fraction));
5366         else
5367                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5368 }
5369
5370 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5371 {
5372         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5373
5374         pageset_init(pcp);
5375         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5376 }
5377
5378 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5379 {
5380         int cpu;
5381         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5382         for_each_possible_cpu(cpu)
5383                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5384 }
5385
5386 /*
5387  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5388  * Before this call only boot pagesets were available.
5389  */
5390 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5391 {
5392         struct zone *zone;
5393
5394         for_each_populated_zone(zone)
5395                 setup_zone_pageset(zone);
5396 }
5397
5398 static noinline __init_refok
5399 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
5400 {
5401         int i;
5402         size_t alloc_size;
5403
5404         /*
5405          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
5406          * per zone.
5407          */
5408         zone->wait_table_hash_nr_entries =
5409                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
5410         zone->wait_table_bits =
5411                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
5412         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
5413                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
5414
5415         if (!slab_is_available()) {
5416                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
5417                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
5418                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
5419         } else {
5420                 /*
5421                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
5422                  * via memory hot-add.
5423                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
5424                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
5425                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
5426                  * node itself as well.
5427                  * To use this new node's memory, further consideration will be
5428                  * necessary.
5429                  */
5430                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
5431         }
5432         if (!zone->wait_table)
5433                 return -ENOMEM;
5434
5435         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
5436                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
5437
5438         return 0;
5439 }
5440
5441 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5442 {
5443         /*
5444          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5445          * relies on the ability of the linker to provide the
5446          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5447          */
5448         zone->pageset = &boot_pageset;
5449
5450         if (populated_zone(zone))
5451                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5452                         zone->name, zone->present_pages,
5453                                          zone_batchsize(zone));
5454 }
5455
5456 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5457                                         unsigned long zone_start_pfn,
5458                                         unsigned long size)
5459 {
5460         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5461         int ret;
5462         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5463         if (ret)
5464                 return ret;
5465         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5466
5467         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5468
5469         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5470                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5471                         pgdat->node_id,
5472                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5473                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5474
5475         zone_init_free_lists(zone);
5476
5477         return 0;
5478 }
5479
5480 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5481 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5482
5483 /*
5484  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5485  */
5486 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5487                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5488 {
5489         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5490         int nid;
5491
5492         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5493                 return state->last_nid;
5494
5495         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5496         if (nid != -1) {
5497                 state->last_start = start_pfn;
5498                 state->last_end = end_pfn;
5499                 state->last_nid = nid;
5500         }
5501
5502         return nid;
5503 }
5504 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5505
5506 /**
5507  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5508  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5509  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5510  *
5511  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5512  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5513  * memblock_free_early_nid() manually.
5514  */
5515 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5516 {
5517         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5518         int i, this_nid;
5519
5520         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5521                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5522                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5523
5524                 if (start_pfn < end_pfn)
5525                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5526                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5527                                         this_nid);
5528         }
5529 }
5530
5531 /**
5532  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5533  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5534  *
5535  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5536  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5537  */
5538 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5539 {
5540         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5541         int i, this_nid;
5542
5543         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5544                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5545 }
5546
5547 /**
5548  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5549  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5550  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5551  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5552  *
5553  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5554  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5555  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5556  * PFNs will be 0.
5557  */
5558 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5559                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5560 {
5561         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5562         int i;
5563
5564         *start_pfn = -1UL;
5565         *end_pfn = 0;
5566
5567         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5568                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5569                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5570         }
5571
5572         if (*start_pfn == -1UL)
5573                 *start_pfn = 0;
5574 }
5575
5576 /*
5577  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5578  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5579  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5580  */
5581 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5582 {
5583         int zone_index;
5584         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5585                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5586                         continue;
5587
5588                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5589                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5590                         break;
5591         }
5592
5593         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5594         movable_zone = zone_index;
5595 }
5596
5597 /*
5598  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5599  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5600  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5601  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5602  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5603  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5604  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5605  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5606  */
5607 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5608                                         unsigned long zone_type,
5609                                         unsigned long node_start_pfn,
5610                                         unsigned long node_end_pfn,
5611                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5612                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5613 {
5614         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5615         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5616                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5617                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5618                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5619                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5620                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5621
5622                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5623                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5624                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5625         }
5626 }
5627
5628 /*
5629  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5630  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5631  */
5632 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5633                                         unsigned long zone_type,
5634                                         unsigned long node_start_pfn,
5635                                         unsigned long node_end_pfn,
5636                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5637                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5638                                         unsigned long *ignored)
5639 {
5640         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5641         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5642                 return 0;
5643
5644         /* Get the start and end of the zone */
5645         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5646         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5647         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5648                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5649                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5650
5651         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5652         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5653                 return 0;
5654
5655         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5656         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5657         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5658
5659         /* Return the spanned pages */
5660         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5661 }
5662
5663 /*
5664  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5665  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5666  */
5667 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5668                                 unsigned long range_start_pfn,
5669                                 unsigned long range_end_pfn)
5670 {
5671         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5672         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5673         int i;
5674
5675         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5676                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5677                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5678                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5679         }
5680         return nr_absent;
5681 }
5682
5683 /**
5684  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5685  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5686  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5687  *
5688  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5689  */
5690 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5691                                                         unsigned long end_pfn)
5692 {
5693         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5694 }
5695
5696 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5697 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5698                                         unsigned long zone_type,
5699                                         unsigned long node_start_pfn,
5700                                         unsigned long node_end_pfn,
5701                                         unsigned long *ignored)
5702 {
5703         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5704         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5705         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5706         unsigned long nr_absent;
5707
5708         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5709         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5710                 return 0;
5711
5712         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5713         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5714
5715         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5716                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5717                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5718         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5719
5720         /*
5721          * ZONE_MOVABLE handling.
5722          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5723          * and vice versa.
5724          */
5725         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5726                 if (mirrored_kernelcore) {
5727                         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5728                         struct memblock_region *r;
5729
5730                         for_each_memblock(memory, r) {
5731                                 start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5732                                                   zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5733                                 end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5734                                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5735
5736                                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5737                                     memblock_is_mirror(r))
5738                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5739
5740                                 if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5741                                     !memblock_is_mirror(r))
5742                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5743                         }
5744                 } else {
5745                         if (zone_type == ZONE_NORMAL)
5746                                 nr_absent += node_end_pfn - zone_movable_pfn[nid];
5747                 }
5748         }
5749
5750         return nr_absent;
5751 }
5752
5753 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5754 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5755                                         unsigned long zone_type,
5756                                         unsigned long node_start_pfn,
5757                                         unsigned long node_end_pfn,
5758                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5759                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5760                                         unsigned long *zones_size)
5761 {
5762         unsigned int zone;
5763
5764         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5765         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5766                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5767
5768         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5769
5770         return zones_size[zone_type];
5771 }
5772
5773 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5774                                                 unsigned long zone_type,
5775                                                 unsigned long node_start_pfn,
5776                                                 unsigned long node_end_pfn,
5777                                                 unsigned long *zholes_size)
5778 {
5779         if (!zholes_size)
5780                 return 0;
5781
5782         return zholes_size[zone_type];
5783 }
5784
5785 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5786
5787 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5788                                                 unsigned long node_start_pfn,
5789                                                 unsigned long node_end_pfn,
5790                                                 unsigned long *zones_size,
5791                                                 unsigned long *zholes_size)
5792 {
5793         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5794         enum zone_type i;
5795
5796         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5797                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5798                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5799                 unsigned long size, real_size;
5800
5801                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5802                                                   node_start_pfn,
5803                                                   node_end_pfn,
5804                                                   &zone_start_pfn,
5805                                                   &zone_end_pfn,
5806                                                   zones_size);
5807                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5808                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5809                                                   zholes_size);
5810                 if (size)
5811                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5812                 else
5813                         zone->zone_start_pfn = 0;
5814                 zone->spanned_pages = size;
5815                 zone->present_pages = real_size;
5816
5817                 totalpages += size;
5818                 realtotalpages += real_size;
5819         }
5820
5821         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5822         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5823         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5824                                                         realtotalpages);
5825 }
5826
5827 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5828 /*
5829  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5830  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5831  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5832  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5833  * bytes.
5834  */
5835 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5836 {
5837         unsigned long usemapsize;
5838
5839         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5840         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5841         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5842         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5843         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5844
5845         return usemapsize / 8;
5846 }
5847
5848 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5849                                 struct zone *zone,
5850                                 unsigned long zone_start_pfn,
5851                                 unsigned long zonesize)
5852 {
5853         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5854         zone->pageblock_flags = NULL;
5855         if (usemapsize)
5856                 zone->pageblock_flags =
5857                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5858                                                          pgdat->node_id);
5859 }
5860 #else
5861 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5862                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5863 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5864
5865 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5866
5867 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5868 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5869 {
5870         unsigned int order;
5871
5872         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5873         if (pageblock_order)
5874                 return;
5875
5876         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5877                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5878         else
5879                 order = MAX_ORDER - 1;
5880
5881         /*
5882          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5883          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5884          * powerpc.
5885          */
5886         pageblock_order = order;
5887 }
5888 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5889
5890 /*
5891  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5892  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5893  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5894  * the kernel config
5895  */
5896 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5897 {
5898 }
5899
5900 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5901
5902 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5903                                                    unsigned long present_pages)
5904 {
5905         unsigned long pages = spanned_pages;
5906
5907         /*
5908          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5909          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5910          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5911          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5912          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5913          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5914          */
5915         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5916             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5917                 pages = present_pages;
5918
5919         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5920 }
5921
5922 /*
5923  * Set up the zone data structures:
5924  *   - mark all pages reserved
5925  *   - mark all memory queues empty
5926  *   - clear the memory bitmaps
5927  *
5928  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5929  */
5930 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5931 {
5932         enum zone_type j;
5933         int nid = pgdat->node_id;
5934         int ret;
5935
5936         pgdat_resize_init(pgdat);
5937 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5938         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5939         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5940         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5941 #endif
5942 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5943         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5944         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5945         pgdat->split_queue_len = 0;
5946 #endif
5947         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5948         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5949 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5950         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5951 #endif
5952         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5953
5954         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5955                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5956                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5957                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5958
5959                 size = zone->spanned_pages;
5960                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5961
5962                 /*
5963                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5964                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5965                  * and per-cpu initialisations
5966                  */
5967                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5968                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5969                         if (freesize >= memmap_pages) {
5970                                 freesize -= memmap_pages;
5971                                 if (memmap_pages)
5972                                         printk(KERN_DEBUG
5973                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5974                                                zone_names[j], memmap_pages);
5975                         } else
5976                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5977                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5978                 }
5979
5980                 /* Account for reserved pages */
5981                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5982                         freesize -= dma_reserve;
5983                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5984                                         zone_names[0], dma_reserve);
5985                 }
5986
5987                 if (!is_highmem_idx(j))
5988                         nr_kernel_pages += freesize;
5989                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5990                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5991                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5992                 nr_all_pages += freesize;
5993
5994                 /*
5995                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5996                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5997                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5998                  */
5999                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
6000 #ifdef CONFIG_NUMA
6001                 zone->node = nid;
6002                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
6003                                                 / 100;
6004                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6005 #endif
6006                 zone->name = zone_names[j];
6007                 spin_lock_init(&zone->lock);
6008                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
6009                 zone_seqlock_init(zone);
6010                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6011                 zone_pcp_init(zone);
6012
6013                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
6014                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
6015
6016                 lruvec_init(&zone->lruvec);
6017                 if (!size)
6018                         continue;
6019
6020                 set_pageblock_order();
6021                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6022                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6023                 BUG_ON(ret);
6024                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6025         }
6026 }
6027
6028 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6029 {
6030         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6031         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6032
6033         /* Skip empty nodes */
6034         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6035                 return;
6036
6037 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6038         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6039         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6040         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6041         if (!pgdat->node_mem_map) {
6042                 unsigned long size, end;
6043                 struct page *map;
6044
6045                 /*
6046                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6047                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6048                  * for the buddy allocator to function correctly.
6049                  */
6050                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6051                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6052                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6053                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6054                 if (!map)
6055                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6056                                                                pgdat->node_id);
6057                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6058         }
6059 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6060         /*
6061          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6062          */
6063         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6064                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6065 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6066                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6067                         mem_map -= offset;
6068 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6069         }
6070 #endif
6071 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6072 }
6073
6074 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6075                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6076 {
6077         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6078         unsigned long start_pfn = 0;
6079         unsigned long end_pfn = 0;
6080
6081         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6082         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
6083
6084         reset_deferred_meminit(pgdat);
6085         pgdat->node_id = nid;
6086         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6087 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6088         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6089         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6090                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6091                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6092 #else
6093         start_pfn = node_start_pfn;
6094 #endif
6095         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6096                                   zones_size, zholes_size);
6097
6098         alloc_node_mem_map(pgdat);
6099 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6100         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6101                 nid, (unsigned long)pgdat,
6102                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6103 #endif
6104
6105         free_area_init_core(pgdat);
6106 }
6107
6108 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6109
6110 #if MAX_NUMNODES > 1
6111 /*
6112  * Figure out the number of possible node ids.
6113  */
6114 void __init setup_nr_node_ids(void)
6115 {
6116         unsigned int highest;
6117
6118         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6119         nr_node_ids = highest + 1;
6120 }
6121 #endif
6122
6123 /**
6124  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6125  *
6126  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6127  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6128  * all the nodes.
6129  *
6130  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6131  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6132  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6133  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6134  *
6135  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6136  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6137  * populated node map.
6138  *
6139  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6140  * requirement (single node).
6141  */
6142 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6143 {
6144         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6145         unsigned long start, end, mask;
6146         int last_nid = -1;
6147         int i, nid;
6148
6149         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6150                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6151                         last_nid = nid;
6152                         last_end = end;
6153                         continue;
6154                 }
6155
6156                 /*
6157                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6158                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6159                  * too coarse to separate the current node from the last.
6160                  */
6161                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6162                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6163                         mask <<= 1;
6164
6165                 /* accumulate all internode masks */
6166                 accl_mask |= mask;
6167         }
6168
6169         /* convert mask to number of pages */
6170         return ~accl_mask + 1;
6171 }
6172
6173 /* Find the lowest pfn for a node */
6174 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6175 {
6176         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6177         unsigned long start_pfn;
6178         int i;
6179
6180         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6181                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6182
6183         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6184                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6185                 return 0;
6186         }
6187
6188         return min_pfn;
6189 }
6190
6191 /**
6192  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6193  *
6194  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6195  * memblock_set_node().
6196  */
6197 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6198 {
6199         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6200 }
6201
6202 /*
6203  * early_calculate_totalpages()
6204  * Sum pages in active regions for movable zone.
6205  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6206  */
6207 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6208 {
6209         unsigned long totalpages = 0;
6210         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6211         int i, nid;
6212
6213         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6214                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6215
6216                 totalpages += pages;
6217                 if (pages)
6218                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6219         }
6220         return totalpages;
6221 }
6222
6223 /*
6224  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6225  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6226  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6227  * others
6228  */
6229 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6230 {
6231         int i, nid;
6232         unsigned long usable_startpfn;
6233         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6234         /* save the state before borrow the nodemask */
6235         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6236         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6237         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6238         struct memblock_region *r;
6239
6240         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6241         find_usable_zone_for_movable();
6242
6243         /*
6244          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6245          * options.
6246          */
6247         if (movable_node_is_enabled()) {
6248                 for_each_memblock(memory, r) {
6249                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6250                                 continue;
6251
6252                         nid = r->nid;
6253
6254                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6255                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6256                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6257                                 usable_startpfn;
6258                 }
6259
6260                 goto out2;
6261         }
6262
6263         /*
6264          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6265          */
6266         if (mirrored_kernelcore) {
6267                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6268
6269                 for_each_memblock(memory, r) {
6270                         if (memblock_is_mirror(r))
6271                                 continue;
6272
6273                         nid = r->nid;
6274
6275                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6276
6277                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6278                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6279                                 continue;
6280                         }
6281
6282                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6283                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6284                                 usable_startpfn;
6285                 }
6286
6287                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6288                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6289
6290                 goto out2;
6291         }
6292
6293         /*
6294          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6295          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6296          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6297          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6298          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6299          * what movablecore would have allowed.
6300          */
6301         if (required_movablecore) {
6302                 unsigned long corepages;
6303
6304                 /*
6305                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6306                  * was requested by the user
6307                  */
6308                 required_movablecore =
6309                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6310                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6311                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6312
6313                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6314         }
6315
6316         /*
6317          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6318          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6319          */
6320         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6321                 goto out;
6322
6323         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6324         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6325
6326 restart:
6327         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6328         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6329         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6330                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6331
6332                 /*
6333                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6334                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6335                  * amount of memory for the kernel
6336                  */
6337                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6338                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6339
6340                 /*
6341                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6342                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6343                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6344                  */
6345                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6346
6347                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6348                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6349                         unsigned long size_pages;
6350
6351                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6352                         if (start_pfn >= end_pfn)
6353                                 continue;
6354
6355                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6356                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6357                                 unsigned long kernel_pages;
6358                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6359                                                                 - start_pfn;
6360
6361                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6362                                                         kernelcore_remaining);
6363                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6364                                                         required_kernelcore);
6365
6366                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6367                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6368
6369                                         /*
6370                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6371                                          * that if we have to rebalance
6372                                          * kernelcore across nodes, we will
6373                                          * not double account here
6374                                          */
6375                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6376                                         continue;
6377                                 }
6378                                 start_pfn = usable_startpfn;
6379                         }
6380
6381                         /*
6382                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6383                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6384                          * number of pages used as kernelcore
6385                          */
6386                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6387                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6388                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6389                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6390
6391                         /*
6392                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6393                          * break if the kernelcore for this node has been
6394                          * satisfied
6395                          */
6396                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6397                                                                 size_pages);
6398                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6399                         if (!kernelcore_remaining)
6400                                 break;
6401                 }
6402         }
6403
6404         /*
6405          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6406          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6407          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6408          * satisfied
6409          */
6410         usable_nodes--;
6411         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6412                 goto restart;
6413
6414 out2:
6415         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6416         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6417                 zone_movable_pfn[nid] =
6418                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6419
6420 out:
6421         /* restore the node_state */
6422         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6423 }
6424
6425 /* Any regular or high memory on that node ? */
6426 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6427 {
6428         enum zone_type zone_type;
6429
6430         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6431                 return;
6432
6433         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6434                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6435                 if (populated_zone(zone)) {
6436                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6437                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6438                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6439                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6440                         break;
6441                 }
6442         }
6443 }
6444
6445 /**
6446  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6447  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6448  *
6449  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6450  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6451  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6452  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6453  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6454  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6455  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6456  * at arch_max_dma_pfn.
6457  */
6458 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6459 {
6460         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6461         int i, nid;
6462
6463         /* Record where the zone boundaries are */
6464         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6465                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6466         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6467                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6468         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
6469         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
6470         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6471                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6472                         continue;
6473                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
6474                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
6475                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
6476                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
6477         }
6478         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6479         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6480
6481         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6482         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6483         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6484
6485         /* Print out the zone ranges */
6486         pr_info("Zone ranges:\n");
6487         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6488                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6489                         continue;
6490                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6491                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6492                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6493                         pr_cont("empty\n");
6494                 else
6495                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6496                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6497                                         << PAGE_SHIFT,
6498                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6499                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6500         }
6501
6502         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6503         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6504         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6505                 if (zone_movable_pfn[i])
6506                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6507                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6508         }
6509
6510         /* Print out the early node map */
6511         pr_info("Early memory node ranges\n");
6512         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6513                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6514                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6515                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6516
6517         /* Initialise every node */
6518         mminit_verify_pageflags_layout();
6519         setup_nr_node_ids();
6520         for_each_online_node(nid) {
6521                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6522                 free_area_init_node(nid, NULL,
6523                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6524
6525                 /* Any memory on that node */
6526                 if (pgdat->node_present_pages)
6527                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6528                 check_for_memory(pgdat, nid);
6529         }
6530 }
6531
6532 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6533 {
6534         unsigned long long coremem;
6535         if (!p)
6536                 return -EINVAL;
6537
6538         coremem = memparse(p, &p);
6539         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6540
6541         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6542         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6543
6544         return 0;
6545 }
6546
6547 /*
6548  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6549  * cannot be reclaimed or migrated.
6550  */
6551 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6552 {
6553         /* parse kernelcore=mirror */
6554         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6555                 mirrored_kernelcore = true;
6556                 return 0;
6557         }
6558
6559         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6560 }
6561
6562 /*
6563  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6564  * can be reclaimed or migrated.
6565  */
6566 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6567 {
6568         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6569 }
6570
6571 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6572 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6573
6574 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6575
6576 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6577 {
6578         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6579         page_zone(page)->managed_pages += count;
6580         totalram_pages += count;
6581 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6582         if (PageHighMem(page))
6583                 totalhigh_pages += count;
6584 #endif
6585         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6586 }
6587 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6588
6589 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6590 {
6591         void *pos;
6592         unsigned long pages = 0;
6593
6594         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6595         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6596         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6597                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6598                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6599                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6600         }
6601
6602         if (pages && s)
6603                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6604                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6605
6606         return pages;
6607 }
6608 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6609
6610 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6611 void free_highmem_page(struct page *page)
6612 {
6613         __free_reserved_page(page);
6614         totalram_pages++;
6615         page_zone(page)->managed_pages++;
6616         totalhigh_pages++;
6617 }
6618 #endif
6619
6620
6621 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6622 {
6623         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6624         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6625
6626         physpages = get_num_physpages();
6627         codesize = _etext - _stext;
6628         datasize = _edata - _sdata;
6629         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6630         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6631         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6632         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6633
6634         /*
6635          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6636          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6637          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6638          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6639          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6640          */
6641 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6642         do { \
6643                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6644                         size -= adj; \
6645         } while (0)
6646
6647         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6648                      _sinittext, init_code_size);
6649         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6650         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6651         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6652         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6653
6654 #undef  adj_init_size
6655
6656         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6657 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6658                 ", %luK highmem"
6659 #endif
6660                 "%s%s)\n",
6661                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6662                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6663                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6664                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6665                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6666                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6667 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6668                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6669 #endif
6670                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6671 }
6672
6673 /**
6674  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6675  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6676  *
6677  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6678  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6679  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6680  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6681  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6682  * smaller per-cpu batchsize.
6683  */
6684 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6685 {
6686         dma_reserve = new_dma_reserve;
6687 }
6688
6689 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6690 {
6691         free_area_init_node(0, zones_size,
6692                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6693 }
6694
6695 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6696                                  unsigned long action, void *hcpu)
6697 {
6698         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6699
6700         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6701                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6702                 drain_pages(cpu);
6703
6704                 /*
6705                  * Spill the event counters of the dead processor
6706                  * into the current processors event counters.
6707                  * This artificially elevates the count of the current
6708                  * processor.
6709                  */
6710                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6711
6712                 /*
6713                  * Zero the differential counters of the dead processor
6714                  * so that the vm statistics are consistent.
6715                  *
6716                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6717                  * race with what we are doing.
6718                  */
6719                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6720         }
6721         return NOTIFY_OK;
6722 }
6723
6724 void __init page_alloc_init(void)
6725 {
6726         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6727 }
6728
6729 /*
6730  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6731  *      or min_free_kbytes changes.
6732  */
6733 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6734 {
6735         struct pglist_data *pgdat;
6736         unsigned long reserve_pages = 0;
6737         enum zone_type i, j;
6738
6739         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6740                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6741                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6742                         long max = 0;
6743
6744                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6745                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6746                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6747                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6748                         }
6749
6750                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6751                         max += high_wmark_pages(zone);
6752
6753                         if (max > zone->managed_pages)
6754                                 max = zone->managed_pages;
6755
6756                         zone->totalreserve_pages = max;
6757
6758                         reserve_pages += max;
6759                 }
6760         }
6761         totalreserve_pages = reserve_pages;
6762 }
6763
6764 /*
6765  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6766  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6767  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6768  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6769  */
6770 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6771 {
6772         struct pglist_data *pgdat;
6773         enum zone_type j, idx;
6774
6775         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6776                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6777                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6778                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6779
6780                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6781
6782                         idx = j;
6783                         while (idx) {
6784                                 struct zone *lower_zone;
6785
6786                                 idx--;
6787
6788                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6789                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6790
6791                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6792                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6793                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6794                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6795                         }
6796                 }
6797         }
6798
6799         /* update totalreserve_pages */
6800         calculate_totalreserve_pages();
6801 }
6802
6803 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6804 {
6805         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6806         unsigned long lowmem_pages = 0;
6807         struct zone *zone;
6808         unsigned long flags;
6809
6810         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6811         for_each_zone(zone) {
6812                 if (!is_highmem(zone))
6813                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6814         }
6815
6816         for_each_zone(zone) {
6817                 u64 tmp;
6818
6819                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6820                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6821                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6822                 if (is_highmem(zone)) {
6823                         /*
6824                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6825                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6826                          * value here.
6827                          *
6828                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6829                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6830                          * not be capped for highmem.
6831                          */
6832                         unsigned long min_pages;
6833
6834                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6835                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6836                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6837                 } else {
6838                         /*
6839                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6840                          * proportionate to the zone's size.
6841                          */
6842                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6843                 }
6844
6845                 /*
6846                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6847                  * scale factor in proportion to available memory, but
6848                  * ensure a minimum size on small systems.
6849                  */
6850                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6851                             mult_frac(zone->managed_pages,
6852                                       watermark_scale_factor, 10000));
6853
6854                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6855                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6856
6857                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6858                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6859                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6860
6861                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6862         }
6863
6864         /* update totalreserve_pages */
6865         calculate_totalreserve_pages();
6866 }
6867
6868 /**
6869  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6870  * or when memory is hot-{added|removed}
6871  *
6872  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6873  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6874  */
6875 void setup_per_zone_wmarks(void)
6876 {
6877         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6878         __setup_per_zone_wmarks();
6879         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6880 }
6881
6882 /*
6883  * Initialise min_free_kbytes.
6884  *
6885  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6886  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6887  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6888  *
6889  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6890  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6891  *
6892  * which yields
6893  *
6894  * 16MB:        512k
6895  * 32MB:        724k
6896  * 64MB:        1024k
6897  * 128MB:       1448k
6898  * 256MB:       2048k
6899  * 512MB:       2896k
6900  * 1024MB:      4096k
6901  * 2048MB:      5792k
6902  * 4096MB:      8192k
6903  * 8192MB:      11584k
6904  * 16384MB:     16384k
6905  */
6906 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6907 {
6908         unsigned long lowmem_kbytes;
6909         int new_min_free_kbytes;
6910
6911         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6912         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6913
6914         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6915                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6916                 if (min_free_kbytes < 128)
6917                         min_free_kbytes = 128;
6918                 if (min_free_kbytes > 65536)
6919                         min_free_kbytes = 65536;
6920         } else {
6921                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6922                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6923         }
6924         setup_per_zone_wmarks();
6925         refresh_zone_stat_thresholds();
6926         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6927         return 0;
6928 }
6929 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6930
6931 /*
6932  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6933  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6934  *      changes.
6935  */
6936 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6937         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6938 {
6939         int rc;
6940
6941         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6942         if (rc)
6943                 return rc;
6944
6945         if (write) {
6946                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6947                 setup_per_zone_wmarks();
6948         }
6949         return 0;
6950 }
6951
6952 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6953         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6954 {
6955         int rc;
6956
6957         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6958         if (rc)
6959                 return rc;
6960
6961         if (write)
6962                 setup_per_zone_wmarks();
6963
6964         return 0;
6965 }
6966
6967 #ifdef CONFIG_NUMA
6968 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6969         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6970 {
6971         struct zone *zone;
6972         int rc;
6973
6974         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6975         if (rc)
6976                 return rc;
6977
6978         for_each_zone(zone)
6979                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6980                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6981         return 0;
6982 }
6983
6984 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6985         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6986 {
6987         struct zone *zone;
6988         int rc;
6989
6990         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6991         if (rc)
6992                 return rc;
6993
6994         for_each_zone(zone)
6995                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6996                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6997         return 0;
6998 }
6999 #endif
7000
7001 /*
7002  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7003  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7004  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7005  *
7006  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7007  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7008  * if in function of the boot time zone sizes.
7009  */
7010 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7011         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7012 {
7013         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7014         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7015         return 0;
7016 }
7017
7018 /*
7019  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7020  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7021  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7022  */
7023 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7024         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7025 {
7026         struct zone *zone;
7027         int old_percpu_pagelist_fraction;
7028         int ret;
7029
7030         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7031         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7032
7033         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7034         if (!write || ret < 0)
7035                 goto out;
7036
7037         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7038         if (percpu_pagelist_fraction &&
7039             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7040                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7041                 ret = -EINVAL;
7042                 goto out;
7043         }
7044
7045         /* No change? */
7046         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7047                 goto out;
7048
7049         for_each_populated_zone(zone) {
7050                 unsigned int cpu;
7051
7052                 for_each_possible_cpu(cpu)
7053                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7054                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7055         }
7056 out:
7057         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7058         return ret;
7059 }
7060
7061 #ifdef CONFIG_NUMA
7062 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7063
7064 static int __init set_hashdist(char *str)
7065 {
7066         if (!str)
7067                 return 0;
7068         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7069         return 1;
7070 }
7071 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7072 #endif
7073
7074 /*
7075  * allocate a large system hash table from bootmem
7076  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7077  *   quantity of entries
7078  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7079  */
7080 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7081                                      unsigned long bucketsize,
7082                                      unsigned long numentries,
7083                                      int scale,
7084                                      int flags,
7085                                      unsigned int *_hash_shift,
7086                                      unsigned int *_hash_mask,
7087                                      unsigned long low_limit,
7088                                      unsigned long high_limit)
7089 {
7090         unsigned long long max = high_limit;
7091         unsigned long log2qty, size;
7092         void *table = NULL;
7093
7094         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7095         if (!numentries) {
7096                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7097                 numentries = nr_kernel_pages;
7098
7099                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7100                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7101                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7102
7103                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7104                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7105                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7106                 else
7107                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7108
7109                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7110                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7111                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7112                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7113                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7114                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7115                                 BUG_ON(!numentries);
7116                         }
7117                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7118                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7119         }
7120         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7121
7122         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7123         if (max == 0) {
7124                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7125                 do_div(max, bucketsize);
7126         }
7127         max = min(max, 0x80000000ULL);
7128
7129         if (numentries < low_limit)
7130                 numentries = low_limit;
7131         if (numentries > max)
7132                 numentries = max;
7133
7134         log2qty = ilog2(numentries);
7135
7136         do {
7137                 size = bucketsize << log2qty;
7138                 if (flags & HASH_EARLY)
7139                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7140                 else if (hashdist)
7141                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7142                 else {
7143                         /*
7144                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7145                          * some pages at the end of hash table which
7146                          * alloc_pages_exact() automatically does
7147                          */
7148                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7149                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7150                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7151                         }
7152                 }
7153         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7154
7155         if (!table)
7156                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7157
7158         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7159                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7160
7161         if (_hash_shift)
7162                 *_hash_shift = log2qty;
7163         if (_hash_mask)
7164                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7165
7166         return table;
7167 }
7168
7169 /*
7170  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7171  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7172  *
7173  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7174  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7175  * expect this function should be exact.
7176  */
7177 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7178                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7179 {
7180         unsigned long pfn, iter, found;
7181         int mt;
7182
7183         /*
7184          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7185          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7186          */
7187         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7188                 return false;
7189         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7190         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7191                 return false;
7192
7193         pfn = page_to_pfn(page);
7194         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7195                 unsigned long check = pfn + iter;
7196
7197                 if (!pfn_valid_within(check))
7198                         continue;
7199
7200                 page = pfn_to_page(check);
7201
7202                 /*
7203                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7204                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7205                  * handle each tail page individually in migration.
7206                  */
7207                 if (PageHuge(page)) {
7208                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7209                         continue;
7210                 }
7211
7212                 /*
7213                  * We can't use page_count without pin a page
7214                  * because another CPU can free compound page.
7215                  * This check already skips compound tails of THP
7216                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7217                  */
7218                 if (!page_ref_count(page)) {
7219                         if (PageBuddy(page))
7220                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7221                         continue;
7222                 }
7223
7224                 /*
7225                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7226                  * page_count() is not 0.
7227                  */
7228                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7229                         continue;
7230
7231                 if (!PageLRU(page))
7232                         found++;
7233                 /*
7234                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7235                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7236                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7237                  */
7238                 /*
7239                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7240                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7241                  *
7242                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7243                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7244                  * page at boot.
7245                  */
7246                 if (found > count)
7247                         return true;
7248         }
7249         return false;
7250 }
7251
7252 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7253 {
7254         struct zone *zone;
7255         unsigned long pfn;
7256
7257         /*
7258          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7259          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7260          * the zone but still within the section.
7261          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7262          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7263          */
7264         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7265                 return false;
7266
7267         zone = page_zone(page);
7268         pfn = page_to_pfn(page);
7269         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7270                 return false;
7271
7272         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7273 }
7274
7275 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7276
7277 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7278 {
7279         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7280                              pageblock_nr_pages) - 1);
7281 }
7282
7283 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7284 {
7285         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7286                                 pageblock_nr_pages));
7287 }
7288
7289 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7290 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7291                                         unsigned long start, unsigned long end)
7292 {
7293         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7294         unsigned long nr_reclaimed;
7295         unsigned long pfn = start;
7296         unsigned int tries = 0;
7297         int ret = 0;
7298
7299         migrate_prep();
7300
7301         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7302                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7303                         ret = -EINTR;
7304                         break;
7305                 }
7306
7307                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7308                         cc->nr_migratepages = 0;
7309                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7310                         if (!pfn) {
7311                                 ret = -EINTR;
7312                                 break;
7313                         }
7314                         tries = 0;
7315                 } else if (++tries == 5) {
7316                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7317                         break;
7318                 }
7319
7320                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7321                                                         &cc->migratepages);
7322                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7323
7324                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7325                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7326         }
7327         if (ret < 0) {
7328                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7329                 return ret;
7330         }
7331         return 0;
7332 }
7333
7334 /**
7335  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7336  * @start:      start PFN to allocate
7337  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7338  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7339  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7340  *                      in range must have the same migratetype and it must
7341  *                      be either of the two.
7342  *
7343  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7344  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7345  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7346  * pages fall in.
7347  *
7348  * The PFN range must belong to a single zone.
7349  *
7350  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7351  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7352  * need to be freed with free_contig_range().
7353  */
7354 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7355                        unsigned migratetype)
7356 {
7357         unsigned long outer_start, outer_end;
7358         unsigned int order;
7359         int ret = 0;
7360
7361         struct compact_control cc = {
7362                 .nr_migratepages = 0,
7363                 .order = -1,
7364                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7365                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7366                 .ignore_skip_hint = true,
7367         };
7368         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7369
7370         /*
7371          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7372          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7373          * have different sizes, and due to the way page allocator
7374          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7375          * that page allocator won't try to merge buddies from
7376          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7377          * other migration type.
7378          *
7379          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7380          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7381          * we are interested in).  This will put all the pages in
7382          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7383          *
7384          * When this is done, we take the pages in range from page
7385          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7386          * page allocator will never consider using them.
7387          *
7388          * This lets us mark the pageblocks back as
7389          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7390          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7391          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7392          */
7393
7394         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7395                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7396                                        false);
7397         if (ret)
7398                 return ret;
7399
7400         /*
7401          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7402          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7403          */
7404         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7405         if (ret && ret != -EBUSY)
7406                 goto done;
7407
7408         /*
7409          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7410          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7411          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7412          * What we are going to do is to allocate all pages from
7413          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7414          *
7415          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7416          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7417          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7418          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7419          * once this is done free the pages we are not interested in.
7420          *
7421          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7422          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7423          */
7424
7425         lru_add_drain_all();
7426         drain_all_pages(cc.zone);
7427
7428         order = 0;
7429         outer_start = start;
7430         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7431                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7432                         outer_start = start;
7433                         break;
7434                 }
7435                 outer_start &= ~0UL << order;
7436         }
7437
7438         if (outer_start != start) {
7439                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7440
7441                 /*
7442                  * outer_start page could be small order buddy page and
7443                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7444                  * in this case to report failed page properly
7445                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7446                  */
7447                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7448                         outer_start = start;
7449         }
7450
7451         /* Make sure the range is really isolated. */
7452         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7453                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7454                         __func__, outer_start, end);
7455                 ret = -EBUSY;
7456                 goto done;
7457         }
7458
7459         /* Grab isolated pages from freelists. */
7460         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7461         if (!outer_end) {
7462                 ret = -EBUSY;
7463                 goto done;
7464         }
7465
7466         /* Free head and tail (if any) */
7467         if (start != outer_start)
7468                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7469         if (end != outer_end)
7470                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7471
7472 done:
7473         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7474                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7475         return ret;
7476 }
7477
7478 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7479 {
7480         unsigned int count = 0;
7481
7482         for (; nr_pages--; pfn++) {
7483                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7484
7485                 count += page_count(page) != 1;
7486                 __free_page(page);
7487         }
7488         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7489 }
7490 #endif
7491
7492 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7493 /*
7494  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7495  * page high values need to be recalulated.
7496  */
7497 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7498 {
7499         unsigned cpu;
7500         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7501         for_each_possible_cpu(cpu)
7502                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7503                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7504         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7505 }
7506 #endif
7507
7508 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7509 {
7510         unsigned long flags;
7511         int cpu;
7512         struct per_cpu_pageset *pset;
7513
7514         /* avoid races with drain_pages()  */
7515         local_irq_save(flags);
7516         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7517                 for_each_online_cpu(cpu) {
7518                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7519                         drain_zonestat(zone, pset);
7520                 }
7521                 free_percpu(zone->pageset);
7522                 zone->pageset = &boot_pageset;
7523         }
7524         local_irq_restore(flags);
7525 }
7526
7527 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7528 /*
7529  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7530  * before calling this.
7531  */
7532 void
7533 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7534 {
7535         struct page *page;
7536         struct zone *zone;
7537         unsigned int order, i;
7538         unsigned long pfn;
7539         unsigned long flags;
7540         /* find the first valid pfn */
7541         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7542                 if (pfn_valid(pfn))
7543                         break;
7544         if (pfn == end_pfn)
7545                 return;
7546         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7547         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7548         pfn = start_pfn;
7549         while (pfn < end_pfn) {
7550                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7551                         pfn++;
7552                         continue;
7553                 }
7554                 page = pfn_to_page(pfn);
7555                 /*
7556                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7557                  * page_count() is not 0.
7558                  */
7559                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7560                         pfn++;
7561                         SetPageReserved(page);
7562                         continue;
7563                 }
7564
7565                 BUG_ON(page_count(page));
7566                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7567                 order = page_order(page);
7568 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7569                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7570                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7571 #endif
7572                 list_del(&page->lru);
7573                 rmv_page_order(page);
7574                 zone->free_area[order].nr_free--;
7575                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7576                         SetPageReserved((page+i));
7577                 pfn += (1 << order);
7578         }
7579         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7580 }
7581 #endif
7582
7583 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7584 {
7585         struct zone *zone = page_zone(page);
7586         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7587         unsigned long flags;
7588         unsigned int order;
7589
7590         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7591         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7592                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7593
7594                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7595                         break;
7596         }
7597         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7598
7599         return order < MAX_ORDER;
7600 }