mm, compaction: more reliably increase direct compaction priority
[cascardo/linux.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page_ext.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67
68 #include <asm/sections.h>
69 #include <asm/tlbflush.h>
70 #include <asm/div64.h>
71 #include "internal.h"
72
73 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
74 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
75 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
76
77 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
78 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
79 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
80 #endif
81
82 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
83 /*
84  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
85  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
86  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
87  * defined in <linux/topology.h>.
88  */
89 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
90 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
91 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
92 #endif
93
94 /*
95  * Array of node states.
96  */
97 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
98         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
99         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
100 #ifndef CONFIG_NUMA
101         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
102 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
103         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
104 #endif
105 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
106         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
107 #endif
108         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
109 #endif  /* NUMA */
110 };
111 EXPORT_SYMBOL(node_states);
112
113 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
114 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
115
116 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
118 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
119
120 int percpu_pagelist_fraction;
121 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
122
123 /*
124  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
125  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
126  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
127  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
128  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
129  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
130  */
131 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
132 {
133         return page->index;
134 }
135
136 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
137 {
138         page->index = migratetype;
139 }
140
141 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
142 /*
143  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
144  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
145  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
146  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
147  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
148  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
149  */
150
151 static gfp_t saved_gfp_mask;
152
153 void pm_restore_gfp_mask(void)
154 {
155         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
156         if (saved_gfp_mask) {
157                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
158                 saved_gfp_mask = 0;
159         }
160 }
161
162 void pm_restrict_gfp_mask(void)
163 {
164         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
165         WARN_ON(saved_gfp_mask);
166         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
167         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
168 }
169
170 bool pm_suspended_storage(void)
171 {
172         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
173                 return false;
174         return true;
175 }
176 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
177
178 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
179 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
180 #endif
181
182 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
183
184 /*
185  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
186  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
187  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
188  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
189  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
190  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
191  *
192  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
193  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
194  */
195 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
196 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
197          256,
198 #endif
199 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
200          256,
201 #endif
202 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
203          32,
204 #endif
205          32,
206 };
207
208 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
209
210 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
211 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
212          "DMA",
213 #endif
214 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
215          "DMA32",
216 #endif
217          "Normal",
218 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
219          "HighMem",
220 #endif
221          "Movable",
222 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
223          "Device",
224 #endif
225 };
226
227 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
228         "Unmovable",
229         "Movable",
230         "Reclaimable",
231         "HighAtomic",
232 #ifdef CONFIG_CMA
233         "CMA",
234 #endif
235 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
236         "Isolate",
237 #endif
238 };
239
240 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
241         NULL,
242         free_compound_page,
243 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
244         free_huge_page,
245 #endif
246 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
247         free_transhuge_page,
248 #endif
249 };
250
251 int min_free_kbytes = 1024;
252 int user_min_free_kbytes = -1;
253 int watermark_scale_factor = 10;
254
255 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
256 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
257 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
258
259 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
260 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
261 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
262 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
263 static unsigned long __initdata required_movablecore;
264 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
265 static bool mirrored_kernelcore;
266
267 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
268 int movable_zone;
269 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
270 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
271
272 #if MAX_NUMNODES > 1
273 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
274 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
275 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
276 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
277 #endif
278
279 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
280
281 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
282 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
283 {
284         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
285 }
286
287 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
288 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
289 {
290         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
291
292         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
293                 return true;
294
295         return false;
296 }
297
298 /*
299  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
300  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
301  */
302 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
303                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
304                                 unsigned long *nr_initialised)
305 {
306         unsigned long max_initialise;
307
308         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
309         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
310                 return true;
311         /*
312          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
313          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
314          */
315         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
316                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
317
318         (*nr_initialised)++;
319         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
320             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
321                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
322                 return false;
323         }
324
325         return true;
326 }
327 #else
328 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
329 {
330 }
331
332 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
333 {
334         return false;
335 }
336
337 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
338                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
339                                 unsigned long *nr_initialised)
340 {
341         return true;
342 }
343 #endif
344
345 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
346 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
347                                                         unsigned long pfn)
348 {
349 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
350         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
351 #else
352         return page_zone(page)->pageblock_flags;
353 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
354 }
355
356 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
357 {
358 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
359         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
360         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
361 #else
362         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
363         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
364 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
365 }
366
367 /**
368  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
369  * @page: The page within the block of interest
370  * @pfn: The target page frame number
371  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
372  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
373  *
374  * Return: pageblock_bits flags
375  */
376 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
377                                         unsigned long pfn,
378                                         unsigned long end_bitidx,
379                                         unsigned long mask)
380 {
381         unsigned long *bitmap;
382         unsigned long bitidx, word_bitidx;
383         unsigned long word;
384
385         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
386         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
387         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
388         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
389
390         word = bitmap[word_bitidx];
391         bitidx += end_bitidx;
392         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
393 }
394
395 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
396                                         unsigned long end_bitidx,
397                                         unsigned long mask)
398 {
399         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
400 }
401
402 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
403 {
404         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
405 }
406
407 /**
408  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
409  * @page: The page within the block of interest
410  * @flags: The flags to set
411  * @pfn: The target page frame number
412  * @end_bitidx: The last bit of interest
413  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
414  */
415 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
416                                         unsigned long pfn,
417                                         unsigned long end_bitidx,
418                                         unsigned long mask)
419 {
420         unsigned long *bitmap;
421         unsigned long bitidx, word_bitidx;
422         unsigned long old_word, word;
423
424         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
425
426         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
427         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
428         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
429         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
430
431         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
432
433         bitidx += end_bitidx;
434         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
435         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
436
437         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
438         for (;;) {
439                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
440                 if (word == old_word)
441                         break;
442                 word = old_word;
443         }
444 }
445
446 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
447 {
448         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
449                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
450                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
451
452         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
453                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
454 }
455
456 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
457 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
458 {
459         int ret = 0;
460         unsigned seq;
461         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
462         unsigned long sp, start_pfn;
463
464         do {
465                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
466                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
467                 sp = zone->spanned_pages;
468                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
469                         ret = 1;
470         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
471
472         if (ret)
473                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
474                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
475                         start_pfn, start_pfn + sp);
476
477         return ret;
478 }
479
480 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
481 {
482         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
483                 return 0;
484         if (zone != page_zone(page))
485                 return 0;
486
487         return 1;
488 }
489 /*
490  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
491  */
492 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
493 {
494         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
495                 return 1;
496         if (!page_is_consistent(zone, page))
497                 return 1;
498
499         return 0;
500 }
501 #else
502 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
503 {
504         return 0;
505 }
506 #endif
507
508 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
509                 unsigned long bad_flags)
510 {
511         static unsigned long resume;
512         static unsigned long nr_shown;
513         static unsigned long nr_unshown;
514
515         /*
516          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
517          * or allow a steady drip of one report per second.
518          */
519         if (nr_shown == 60) {
520                 if (time_before(jiffies, resume)) {
521                         nr_unshown++;
522                         goto out;
523                 }
524                 if (nr_unshown) {
525                         pr_alert(
526                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
527                                 nr_unshown);
528                         nr_unshown = 0;
529                 }
530                 nr_shown = 0;
531         }
532         if (nr_shown++ == 0)
533                 resume = jiffies + 60 * HZ;
534
535         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
536                 current->comm, page_to_pfn(page));
537         __dump_page(page, reason);
538         bad_flags &= page->flags;
539         if (bad_flags)
540                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
541                                                 bad_flags, &bad_flags);
542         dump_page_owner(page);
543
544         print_modules();
545         dump_stack();
546 out:
547         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
548         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
549         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
550 }
551
552 /*
553  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
554  *
555  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
556  *
557  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
558  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
559  *
560  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
561  * page destructors. See compound_page_dtors.
562  *
563  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
564  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
565  */
566
567 void free_compound_page(struct page *page)
568 {
569         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
570 }
571
572 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
573 {
574         int i;
575         int nr_pages = 1 << order;
576
577         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
578         set_compound_order(page, order);
579         __SetPageHead(page);
580         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
581                 struct page *p = page + i;
582                 set_page_count(p, 0);
583                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
584                 set_compound_head(p, page);
585         }
586         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
587 }
588
589 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
590 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
591 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
592                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
593 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
594 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
595
596 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
597 {
598         if (!buf)
599                 return -EINVAL;
600         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
601 }
602 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
603
604 static bool need_debug_guardpage(void)
605 {
606         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
607         if (!debug_pagealloc_enabled())
608                 return false;
609
610         if (!debug_guardpage_minorder())
611                 return false;
612
613         return true;
614 }
615
616 static void init_debug_guardpage(void)
617 {
618         if (!debug_pagealloc_enabled())
619                 return;
620
621         if (!debug_guardpage_minorder())
622                 return;
623
624         _debug_guardpage_enabled = true;
625 }
626
627 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
628         .need = need_debug_guardpage,
629         .init = init_debug_guardpage,
630 };
631
632 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
633 {
634         unsigned long res;
635
636         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
637                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
638                 return 0;
639         }
640         _debug_guardpage_minorder = res;
641         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
642         return 0;
643 }
644 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
645
646 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
647                                 unsigned int order, int migratetype)
648 {
649         struct page_ext *page_ext;
650
651         if (!debug_guardpage_enabled())
652                 return false;
653
654         if (order >= debug_guardpage_minorder())
655                 return false;
656
657         page_ext = lookup_page_ext(page);
658         if (unlikely(!page_ext))
659                 return false;
660
661         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
662
663         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
664         set_page_private(page, order);
665         /* Guard pages are not available for any usage */
666         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
667
668         return true;
669 }
670
671 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
672                                 unsigned int order, int migratetype)
673 {
674         struct page_ext *page_ext;
675
676         if (!debug_guardpage_enabled())
677                 return;
678
679         page_ext = lookup_page_ext(page);
680         if (unlikely(!page_ext))
681                 return;
682
683         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
684
685         set_page_private(page, 0);
686         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
687                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
688 }
689 #else
690 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
691 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
692                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
693 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
694                                 unsigned int order, int migratetype) {}
695 #endif
696
697 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
698 {
699         set_page_private(page, order);
700         __SetPageBuddy(page);
701 }
702
703 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
704 {
705         __ClearPageBuddy(page);
706         set_page_private(page, 0);
707 }
708
709 /*
710  * This function checks whether a page is free && is the buddy
711  * we can do coalesce a page and its buddy if
712  * (a) the buddy is not in a hole &&
713  * (b) the buddy is in the buddy system &&
714  * (c) a page and its buddy have the same order &&
715  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
716  *
717  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
718  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
719  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
720  * serialized by zone->lock.
721  *
722  * For recording page's order, we use page_private(page).
723  */
724 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
725                                                         unsigned int order)
726 {
727         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
728                 return 0;
729
730         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
731                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
732                         return 0;
733
734                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
735
736                 return 1;
737         }
738
739         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
740                 /*
741                  * zone check is done late to avoid uselessly
742                  * calculating zone/node ids for pages that could
743                  * never merge.
744                  */
745                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
746                         return 0;
747
748                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
749
750                 return 1;
751         }
752         return 0;
753 }
754
755 /*
756  * Freeing function for a buddy system allocator.
757  *
758  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
759  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
760  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
761  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
762  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
763  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
764  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
765  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
766  * parts of the VM system.
767  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
768  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
769  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
770  * field.
771  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
772  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
773  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
774  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
775  * triggers coalescing into a block of larger size.
776  *
777  * -- nyc
778  */
779
780 static inline void __free_one_page(struct page *page,
781                 unsigned long pfn,
782                 struct zone *zone, unsigned int order,
783                 int migratetype)
784 {
785         unsigned long page_idx;
786         unsigned long combined_idx;
787         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
788         struct page *buddy;
789         unsigned int max_order;
790
791         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
792
793         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
794         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
795
796         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
797         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
798                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
799
800         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
801
802         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
803         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
804
805 continue_merging:
806         while (order < max_order - 1) {
807                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
808                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
809                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
810                         goto done_merging;
811                 /*
812                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
813                  * merge with it and move up one order.
814                  */
815                 if (page_is_guard(buddy)) {
816                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
817                 } else {
818                         list_del(&buddy->lru);
819                         zone->free_area[order].nr_free--;
820                         rmv_page_order(buddy);
821                 }
822                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
823                 page = page + (combined_idx - page_idx);
824                 page_idx = combined_idx;
825                 order++;
826         }
827         if (max_order < MAX_ORDER) {
828                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
829                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
830                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
831                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
832                  *
833                  * We don't want to hit this code for the more frequent
834                  * low-order merging.
835                  */
836                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
837                         int buddy_mt;
838
839                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
840                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
841                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
842
843                         if (migratetype != buddy_mt
844                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
845                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
846                                 goto done_merging;
847                 }
848                 max_order++;
849                 goto continue_merging;
850         }
851
852 done_merging:
853         set_page_order(page, order);
854
855         /*
856          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
857          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
858          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
859          * that is happening, add the free page to the tail of the list
860          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
861          * as a higher order page
862          */
863         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
864                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
865                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
866                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
867                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
868                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
869                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
870                         list_add_tail(&page->lru,
871                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
872                         goto out;
873                 }
874         }
875
876         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
877 out:
878         zone->free_area[order].nr_free++;
879 }
880
881 /*
882  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
883  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
884  * check if necessary.
885  */
886 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
887                                         unsigned long check_flags)
888 {
889         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
890                 return false;
891
892         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
893                         page_ref_count(page) |
894 #ifdef CONFIG_MEMCG
895                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
896 #endif
897                         (page->flags & check_flags)))
898                 return false;
899
900         return true;
901 }
902
903 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
904 {
905         const char *bad_reason;
906         unsigned long bad_flags;
907
908         bad_reason = NULL;
909         bad_flags = 0;
910
911         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
912                 bad_reason = "nonzero mapcount";
913         if (unlikely(page->mapping != NULL))
914                 bad_reason = "non-NULL mapping";
915         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
916                 bad_reason = "nonzero _refcount";
917         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
918                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
919                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
920         }
921 #ifdef CONFIG_MEMCG
922         if (unlikely(page->mem_cgroup))
923                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
924 #endif
925         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
926 }
927
928 static inline int free_pages_check(struct page *page)
929 {
930         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
931                 return 0;
932
933         /* Something has gone sideways, find it */
934         free_pages_check_bad(page);
935         return 1;
936 }
937
938 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
939 {
940         int ret = 1;
941
942         /*
943          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
944          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
945          */
946         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
947
948         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
949                 ret = 0;
950                 goto out;
951         }
952         switch (page - head_page) {
953         case 1:
954                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
955                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
956                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
957                         goto out;
958                 }
959                 break;
960         case 2:
961                 /*
962                  * the second tail page: ->mapping is
963                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
964                  */
965                 break;
966         default:
967                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
968                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
969                         goto out;
970                 }
971                 break;
972         }
973         if (unlikely(!PageTail(page))) {
974                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
975                 goto out;
976         }
977         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
978                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
979                 goto out;
980         }
981         ret = 0;
982 out:
983         page->mapping = NULL;
984         clear_compound_head(page);
985         return ret;
986 }
987
988 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
989                                         unsigned int order, bool check_free)
990 {
991         int bad = 0;
992
993         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
994
995         trace_mm_page_free(page, order);
996         kmemcheck_free_shadow(page, order);
997
998         /*
999          * Check tail pages before head page information is cleared to
1000          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1001          */
1002         if (unlikely(order)) {
1003                 bool compound = PageCompound(page);
1004                 int i;
1005
1006                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1007
1008                 if (compound)
1009                         ClearPageDoubleMap(page);
1010                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1011                         if (compound)
1012                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1013                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1014                                 bad++;
1015                                 continue;
1016                         }
1017                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1018                 }
1019         }
1020         if (PageMappingFlags(page))
1021                 page->mapping = NULL;
1022         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1023                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1024         if (check_free)
1025                 bad += free_pages_check(page);
1026         if (bad)
1027                 return false;
1028
1029         page_cpupid_reset_last(page);
1030         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1031         reset_page_owner(page, order);
1032
1033         if (!PageHighMem(page)) {
1034                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1035                                            PAGE_SIZE << order);
1036                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1037                                            PAGE_SIZE << order);
1038         }
1039         arch_free_page(page, order);
1040         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1041         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1042         kasan_free_pages(page, order);
1043
1044         return true;
1045 }
1046
1047 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1048 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1049 {
1050         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1051 }
1052
1053 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1054 {
1055         return false;
1056 }
1057 #else
1058 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1059 {
1060         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1061 }
1062
1063 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1064 {
1065         return free_pages_check(page);
1066 }
1067 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1068
1069 /*
1070  * Frees a number of pages from the PCP lists
1071  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1072  * count is the number of pages to free.
1073  *
1074  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1075  * see if this freeing clears that state.
1076  *
1077  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1078  * pinned" detection logic.
1079  */
1080 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1081                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1082 {
1083         int migratetype = 0;
1084         int batch_free = 0;
1085         unsigned long nr_scanned;
1086         bool isolated_pageblocks;
1087
1088         spin_lock(&zone->lock);
1089         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1090         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1091         if (nr_scanned)
1092                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1093
1094         while (count) {
1095                 struct page *page;
1096                 struct list_head *list;
1097
1098                 /*
1099                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1100                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1101                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1102                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1103                  * lists
1104                  */
1105                 do {
1106                         batch_free++;
1107                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1108                                 migratetype = 0;
1109                         list = &pcp->lists[migratetype];
1110                 } while (list_empty(list));
1111
1112                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1113                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1114                         batch_free = count;
1115
1116                 do {
1117                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1118
1119                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1120                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1121                         list_del(&page->lru);
1122
1123                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1124                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1125                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1126                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1127                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1128                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1129
1130                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1131                                 continue;
1132
1133                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1134                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1135                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1136         }
1137         spin_unlock(&zone->lock);
1138 }
1139
1140 static void free_one_page(struct zone *zone,
1141                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1142                                 unsigned int order,
1143                                 int migratetype)
1144 {
1145         unsigned long nr_scanned;
1146         spin_lock(&zone->lock);
1147         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1148         if (nr_scanned)
1149                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1150
1151         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1152                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1153                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1154         }
1155         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1156         spin_unlock(&zone->lock);
1157 }
1158
1159 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1160                                 unsigned long zone, int nid)
1161 {
1162         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1163         init_page_count(page);
1164         page_mapcount_reset(page);
1165         page_cpupid_reset_last(page);
1166
1167         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1168 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1169         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1170         if (!is_highmem_idx(zone))
1171                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1172 #endif
1173 }
1174
1175 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1176                                         int nid)
1177 {
1178         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1179 }
1180
1181 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1182 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1183 {
1184         pg_data_t *pgdat;
1185         int nid, zid;
1186
1187         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1188                 return;
1189
1190         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1191         pgdat = NODE_DATA(nid);
1192
1193         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1194                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1195
1196                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1197                         break;
1198         }
1199         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1200 }
1201 #else
1202 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1203 {
1204 }
1205 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1206
1207 /*
1208  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1209  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1210  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1211  * sent to the buddy page allocator.
1212  */
1213 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1214 {
1215         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1216         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1217
1218         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1219                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1220                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1221
1222                         init_reserved_page(start_pfn);
1223
1224                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1225                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1226
1227                         SetPageReserved(page);
1228                 }
1229         }
1230 }
1231
1232 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1233 {
1234         unsigned long flags;
1235         int migratetype;
1236         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1237
1238         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1239                 return;
1240
1241         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1242         local_irq_save(flags);
1243         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1244         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1245         local_irq_restore(flags);
1246 }
1247
1248 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1249 {
1250         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1251         struct page *p = page;
1252         unsigned int loop;
1253
1254         prefetchw(p);
1255         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1256                 prefetchw(p + 1);
1257                 __ClearPageReserved(p);
1258                 set_page_count(p, 0);
1259         }
1260         __ClearPageReserved(p);
1261         set_page_count(p, 0);
1262
1263         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1264         set_page_refcounted(page);
1265         __free_pages(page, order);
1266 }
1267
1268 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1269         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1270
1271 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1272
1273 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1274 {
1275         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1276         int nid;
1277
1278         spin_lock(&early_pfn_lock);
1279         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1280         if (nid < 0)
1281                 nid = first_online_node;
1282         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1283
1284         return nid;
1285 }
1286 #endif
1287
1288 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1289 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1290                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1291 {
1292         int nid;
1293
1294         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1295         if (nid >= 0 && nid != node)
1296                 return false;
1297         return true;
1298 }
1299
1300 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1301 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1302 {
1303         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1304 }
1305
1306 #else
1307
1308 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1309 {
1310         return true;
1311 }
1312 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1313                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1314 {
1315         return true;
1316 }
1317 #endif
1318
1319
1320 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1321                                                         unsigned int order)
1322 {
1323         if (early_page_uninitialised(pfn))
1324                 return;
1325         return __free_pages_boot_core(page, order);
1326 }
1327
1328 /*
1329  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1330  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1331  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1332  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1333  * pageblocks.
1334  *
1335  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1336  *
1337  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1338  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1339  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1340  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1341  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1342  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1343  * page in a pageblock.
1344  */
1345 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1346                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1347 {
1348         struct page *start_page;
1349         struct page *end_page;
1350
1351         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1352         end_pfn--;
1353
1354         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1355                 return NULL;
1356
1357         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1358
1359         if (page_zone(start_page) != zone)
1360                 return NULL;
1361
1362         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1363
1364         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1365         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1366                 return NULL;
1367
1368         return start_page;
1369 }
1370
1371 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1372 {
1373         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1374         unsigned long block_end_pfn;
1375
1376         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1377         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1378                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1379                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1380
1381                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1382
1383                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1384                                              block_end_pfn, zone))
1385                         return;
1386         }
1387
1388         /* We confirm that there is no hole */
1389         zone->contiguous = true;
1390 }
1391
1392 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1393 {
1394         zone->contiguous = false;
1395 }
1396
1397 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1398 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1399                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1400 {
1401         int i;
1402
1403         if (!page)
1404                 return;
1405
1406         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1407         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1408             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1409                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1410                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1411                 return;
1412         }
1413
1414         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1415                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1416                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1417                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1418         }
1419 }
1420
1421 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1422 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1423 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1424
1425 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1426 {
1427         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1428                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1429 }
1430
1431 /* Initialise remaining memory on a node */
1432 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1433 {
1434         pg_data_t *pgdat = data;
1435         int nid = pgdat->node_id;
1436         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1437         unsigned long start = jiffies;
1438         unsigned long nr_pages = 0;
1439         unsigned long walk_start, walk_end;
1440         int i, zid;
1441         struct zone *zone;
1442         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1443         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1444
1445         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1446                 pgdat_init_report_one_done();
1447                 return 0;
1448         }
1449
1450         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1451         if (!cpumask_empty(cpumask))
1452                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1453
1454         /* Sanity check boundaries */
1455         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1456         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1457         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1458
1459         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1460         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1461                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1462                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1463                         break;
1464         }
1465
1466         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1467                 unsigned long pfn, end_pfn;
1468                 struct page *page = NULL;
1469                 struct page *free_base_page = NULL;
1470                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1471                 int nr_to_free = 0;
1472
1473                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1474                 pfn = first_init_pfn;
1475                 if (pfn < walk_start)
1476                         pfn = walk_start;
1477                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1478                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1479
1480                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1481                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1482                                 goto free_range;
1483
1484                         /*
1485                          * Ensure pfn_valid is checked every
1486                          * pageblock_nr_pages for memory holes
1487                          */
1488                         if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1489                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1490                                         page = NULL;
1491                                         goto free_range;
1492                                 }
1493                         }
1494
1495                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1496                                 page = NULL;
1497                                 goto free_range;
1498                         }
1499
1500                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1501                         if (page && (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) != 0) {
1502                                 page++;
1503                         } else {
1504                                 nr_pages += nr_to_free;
1505                                 deferred_free_range(free_base_page,
1506                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1507                                 free_base_page = NULL;
1508                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1509
1510                                 page = pfn_to_page(pfn);
1511                                 cond_resched();
1512                         }
1513
1514                         if (page->flags) {
1515                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1516                                 goto free_range;
1517                         }
1518
1519                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1520                         if (!free_base_page) {
1521                                 free_base_page = page;
1522                                 free_base_pfn = pfn;
1523                                 nr_to_free = 0;
1524                         }
1525                         nr_to_free++;
1526
1527                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1528                         continue;
1529 free_range:
1530                         /* Free the current block of pages to allocator */
1531                         nr_pages += nr_to_free;
1532                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1533                                                                 nr_to_free);
1534                         free_base_page = NULL;
1535                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1536                 }
1537                 /* Free the last block of pages to allocator */
1538                 nr_pages += nr_to_free;
1539                 deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn, nr_to_free);
1540
1541                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1542         }
1543
1544         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1545         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1546
1547         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1548                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1549
1550         pgdat_init_report_one_done();
1551         return 0;
1552 }
1553 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1554
1555 void __init page_alloc_init_late(void)
1556 {
1557         struct zone *zone;
1558
1559 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1560         int nid;
1561
1562         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1563         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1564         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1565                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1566         }
1567
1568         /* Block until all are initialised */
1569         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1570
1571         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1572         files_maxfiles_init();
1573 #endif
1574
1575         for_each_populated_zone(zone)
1576                 set_zone_contiguous(zone);
1577 }
1578
1579 #ifdef CONFIG_CMA
1580 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1581 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1582 {
1583         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1584         struct page *p = page;
1585
1586         do {
1587                 __ClearPageReserved(p);
1588                 set_page_count(p, 0);
1589         } while (++p, --i);
1590
1591         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1592
1593         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1594                 i = pageblock_nr_pages;
1595                 p = page;
1596                 do {
1597                         set_page_refcounted(p);
1598                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1599                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1600                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1601         } else {
1602                 set_page_refcounted(page);
1603                 __free_pages(page, pageblock_order);
1604         }
1605
1606         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1607 }
1608 #endif
1609
1610 /*
1611  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1612  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1613  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1614  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1615  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1616  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1617  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1618  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1619  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1620  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1621  *
1622  * -- nyc
1623  */
1624 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1625         int low, int high, struct free_area *area,
1626         int migratetype)
1627 {
1628         unsigned long size = 1 << high;
1629
1630         while (high > low) {
1631                 area--;
1632                 high--;
1633                 size >>= 1;
1634                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1635
1636                 /*
1637                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1638                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1639                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1640                  * pages will stay not present in virtual address space
1641                  */
1642                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1643                         continue;
1644
1645                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1646                 area->nr_free++;
1647                 set_page_order(&page[size], high);
1648         }
1649 }
1650
1651 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1652 {
1653         const char *bad_reason = NULL;
1654         unsigned long bad_flags = 0;
1655
1656         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1657                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1658         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1659                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1660         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1661                 bad_reason = "nonzero _count";
1662         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1663                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1664                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1665                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1666                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1667                 return;
1668         }
1669         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1670                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1671                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1672         }
1673 #ifdef CONFIG_MEMCG
1674         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1675                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1676 #endif
1677         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1678 }
1679
1680 /*
1681  * This page is about to be returned from the page allocator
1682  */
1683 static inline int check_new_page(struct page *page)
1684 {
1685         if (likely(page_expected_state(page,
1686                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1687                 return 0;
1688
1689         check_new_page_bad(page);
1690         return 1;
1691 }
1692
1693 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1694 {
1695         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1696                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1697 }
1698
1699 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1700 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1701 {
1702         return false;
1703 }
1704
1705 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1706 {
1707         return check_new_page(page);
1708 }
1709 #else
1710 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1711 {
1712         return check_new_page(page);
1713 }
1714 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1715 {
1716         return false;
1717 }
1718 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1719
1720 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1721 {
1722         int i;
1723         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1724                 struct page *p = page + i;
1725
1726                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1727                         return true;
1728         }
1729
1730         return false;
1731 }
1732
1733 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1734                                 gfp_t gfp_flags)
1735 {
1736         set_page_private(page, 0);
1737         set_page_refcounted(page);
1738
1739         arch_alloc_page(page, order);
1740         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1741         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1742         kasan_alloc_pages(page, order);
1743         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1744 }
1745
1746 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1747                                                         unsigned int alloc_flags)
1748 {
1749         int i;
1750         bool poisoned = true;
1751
1752         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1753                 struct page *p = page + i;
1754                 if (poisoned)
1755                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1756         }
1757
1758         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1759
1760         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1761                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1762                         clear_highpage(page + i);
1763
1764         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1765                 prep_compound_page(page, order);
1766
1767         /*
1768          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1769          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1770          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1771          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1772          */
1773         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1774                 set_page_pfmemalloc(page);
1775         else
1776                 clear_page_pfmemalloc(page);
1777 }
1778
1779 /*
1780  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1781  * the smallest available page from the freelists
1782  */
1783 static inline
1784 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1785                                                 int migratetype)
1786 {
1787         unsigned int current_order;
1788         struct free_area *area;
1789         struct page *page;
1790
1791         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1792         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1793                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1794                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1795                                                         struct page, lru);
1796                 if (!page)
1797                         continue;
1798                 list_del(&page->lru);
1799                 rmv_page_order(page);
1800                 area->nr_free--;
1801                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1802                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1803                 return page;
1804         }
1805
1806         return NULL;
1807 }
1808
1809
1810 /*
1811  * This array describes the order lists are fallen back to when
1812  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1813  */
1814 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1815         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1816         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1817         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1818 #ifdef CONFIG_CMA
1819         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1820 #endif
1821 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1822         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1823 #endif
1824 };
1825
1826 #ifdef CONFIG_CMA
1827 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1828                                         unsigned int order)
1829 {
1830         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1831 }
1832 #else
1833 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1834                                         unsigned int order) { return NULL; }
1835 #endif
1836
1837 /*
1838  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1839  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1840  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1841  */
1842 int move_freepages(struct zone *zone,
1843                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1844                           int migratetype)
1845 {
1846         struct page *page;
1847         unsigned int order;
1848         int pages_moved = 0;
1849
1850 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1851         /*
1852          * page_zone is not safe to call in this context when
1853          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1854          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1855          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1856          * grouping pages by mobility
1857          */
1858         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1859 #endif
1860
1861         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1862                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1863                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1864
1865                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1866                         page++;
1867                         continue;
1868                 }
1869
1870                 if (!PageBuddy(page)) {
1871                         page++;
1872                         continue;
1873                 }
1874
1875                 order = page_order(page);
1876                 list_move(&page->lru,
1877                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1878                 page += 1 << order;
1879                 pages_moved += 1 << order;
1880         }
1881
1882         return pages_moved;
1883 }
1884
1885 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1886                                 int migratetype)
1887 {
1888         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1889         struct page *start_page, *end_page;
1890
1891         start_pfn = page_to_pfn(page);
1892         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1893         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1894         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1895         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1896
1897         /* Do not cross zone boundaries */
1898         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1899                 start_page = page;
1900         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1901                 return 0;
1902
1903         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1904 }
1905
1906 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1907                                         int start_order, int migratetype)
1908 {
1909         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1910
1911         while (nr_pageblocks--) {
1912                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1913                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1914         }
1915 }
1916
1917 /*
1918  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1919  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1920  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1921  *
1922  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1923  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1924  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1925  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1926  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1927  * pageblocks.
1928  */
1929 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1930 {
1931         /*
1932          * Leaving this order check is intended, although there is
1933          * relaxed order check in next check. The reason is that
1934          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1935          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1936          * so could be changed anytime.
1937          */
1938         if (order >= pageblock_order)
1939                 return true;
1940
1941         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1942                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1943                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1944                 page_group_by_mobility_disabled)
1945                 return true;
1946
1947         return false;
1948 }
1949
1950 /*
1951  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1952  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1953  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1954  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1955  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1956  */
1957 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1958                                                           int start_type)
1959 {
1960         unsigned int current_order = page_order(page);
1961         int pages;
1962
1963         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1964         if (current_order >= pageblock_order) {
1965                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1966                 return;
1967         }
1968
1969         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1970
1971         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1972         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1973                         page_group_by_mobility_disabled)
1974                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1975 }
1976
1977 /*
1978  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1979  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1980  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1981  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1982  */
1983 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1984                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1985 {
1986         int i;
1987         int fallback_mt;
1988
1989         if (area->nr_free == 0)
1990                 return -1;
1991
1992         *can_steal = false;
1993         for (i = 0;; i++) {
1994                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1995                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1996                         break;
1997
1998                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1999                         continue;
2000
2001                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2002                         *can_steal = true;
2003
2004                 if (!only_stealable)
2005                         return fallback_mt;
2006
2007                 if (*can_steal)
2008                         return fallback_mt;
2009         }
2010
2011         return -1;
2012 }
2013
2014 /*
2015  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2016  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2017  */
2018 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2019                                 unsigned int alloc_order)
2020 {
2021         int mt;
2022         unsigned long max_managed, flags;
2023
2024         /*
2025          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2026          * Check is race-prone but harmless.
2027          */
2028         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2029         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2030                 return;
2031
2032         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2033
2034         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2035         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2036                 goto out_unlock;
2037
2038         /* Yoink! */
2039         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2040         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2041                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2042                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2043                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2044                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2045         }
2046
2047 out_unlock:
2048         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2049 }
2050
2051 /*
2052  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2053  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2054  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2055  * to recover from than an OOM.
2056  */
2057 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
2058 {
2059         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2060         unsigned long flags;
2061         struct zoneref *z;
2062         struct zone *zone;
2063         struct page *page;
2064         int order;
2065
2066         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2067                                                                 ac->nodemask) {
2068                 /* Preserve at least one pageblock */
2069                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
2070                         continue;
2071
2072                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2073                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2074                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2075
2076                         page = list_first_entry_or_null(
2077                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2078                                         struct page, lru);
2079                         if (!page)
2080                                 continue;
2081
2082                         /*
2083                          * It should never happen but changes to locking could
2084                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
2085                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
2086                          * and watch for underflows.
2087                          */
2088                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
2089                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2090
2091                         /*
2092                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2093                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2094                          * is doing the work and needs the pages. More
2095                          * importantly, if the block was always converted to
2096                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2097                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2098                          * may increase.
2099                          */
2100                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2101                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2102                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2103                         return;
2104                 }
2105                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2106         }
2107 }
2108
2109 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2110 static inline struct page *
2111 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2112 {
2113         struct free_area *area;
2114         unsigned int current_order;
2115         struct page *page;
2116         int fallback_mt;
2117         bool can_steal;
2118
2119         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2120         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2121                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2122                                 --current_order) {
2123                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2124                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2125                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2126                 if (fallback_mt == -1)
2127                         continue;
2128
2129                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2130                                                 struct page, lru);
2131                 if (can_steal)
2132                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2133
2134                 /* Remove the page from the freelists */
2135                 area->nr_free--;
2136                 list_del(&page->lru);
2137                 rmv_page_order(page);
2138
2139                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2140                                         start_migratetype);
2141                 /*
2142                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2143                  * migratetype depending on the decisions in
2144                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2145                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2146                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2147                  */
2148                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2149
2150                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2151                         start_migratetype, fallback_mt);
2152
2153                 return page;
2154         }
2155
2156         return NULL;
2157 }
2158
2159 /*
2160  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2161  * Call me with the zone->lock already held.
2162  */
2163 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2164                                 int migratetype)
2165 {
2166         struct page *page;
2167
2168         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2169         if (unlikely(!page)) {
2170                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2171                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2172
2173                 if (!page)
2174                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2175         }
2176
2177         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2178         return page;
2179 }
2180
2181 /*
2182  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2183  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2184  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2185  */
2186 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2187                         unsigned long count, struct list_head *list,
2188                         int migratetype, bool cold)
2189 {
2190         int i;
2191
2192         spin_lock(&zone->lock);
2193         for (i = 0; i < count; ++i) {
2194                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2195                 if (unlikely(page == NULL))
2196                         break;
2197
2198                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2199                         continue;
2200
2201                 /*
2202                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2203                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2204                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2205                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2206                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2207                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2208                  * properly.
2209                  */
2210                 if (likely(!cold))
2211                         list_add(&page->lru, list);
2212                 else
2213                         list_add_tail(&page->lru, list);
2214                 list = &page->lru;
2215                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2216                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2217                                               -(1 << order));
2218         }
2219         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2220         spin_unlock(&zone->lock);
2221         return i;
2222 }
2223
2224 #ifdef CONFIG_NUMA
2225 /*
2226  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2227  * currently executing processor on remote nodes after they have
2228  * expired.
2229  *
2230  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2231  * a single processor.
2232  */
2233 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2234 {
2235         unsigned long flags;
2236         int to_drain, batch;
2237
2238         local_irq_save(flags);
2239         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2240         to_drain = min(pcp->count, batch);
2241         if (to_drain > 0) {
2242                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2243                 pcp->count -= to_drain;
2244         }
2245         local_irq_restore(flags);
2246 }
2247 #endif
2248
2249 /*
2250  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2251  *
2252  * The processor must either be the current processor and the
2253  * thread pinned to the current processor or a processor that
2254  * is not online.
2255  */
2256 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2257 {
2258         unsigned long flags;
2259         struct per_cpu_pageset *pset;
2260         struct per_cpu_pages *pcp;
2261
2262         local_irq_save(flags);
2263         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2264
2265         pcp = &pset->pcp;
2266         if (pcp->count) {
2267                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2268                 pcp->count = 0;
2269         }
2270         local_irq_restore(flags);
2271 }
2272
2273 /*
2274  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2275  *
2276  * The processor must either be the current processor and the
2277  * thread pinned to the current processor or a processor that
2278  * is not online.
2279  */
2280 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2281 {
2282         struct zone *zone;
2283
2284         for_each_populated_zone(zone) {
2285                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2286         }
2287 }
2288
2289 /*
2290  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2291  *
2292  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2293  * the single zone's pages.
2294  */
2295 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2296 {
2297         int cpu = smp_processor_id();
2298
2299         if (zone)
2300                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2301         else
2302                 drain_pages(cpu);
2303 }
2304
2305 /*
2306  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2307  *
2308  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2309  *
2310  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2311  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2312  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2313  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2314  * before the call to on_each_cpu_mask().
2315  */
2316 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2317 {
2318         int cpu;
2319
2320         /*
2321          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2322          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2323          */
2324         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2325
2326         /*
2327          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2328          * as offline notification will cause the notified
2329          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2330          * disables preemption as part of its processing
2331          */
2332         for_each_online_cpu(cpu) {
2333                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2334                 struct zone *z;
2335                 bool has_pcps = false;
2336
2337                 if (zone) {
2338                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2339                         if (pcp->pcp.count)
2340                                 has_pcps = true;
2341                 } else {
2342                         for_each_populated_zone(z) {
2343                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2344                                 if (pcp->pcp.count) {
2345                                         has_pcps = true;
2346                                         break;
2347                                 }
2348                         }
2349                 }
2350
2351                 if (has_pcps)
2352                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2353                 else
2354                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2355         }
2356         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2357                                                                 zone, 1);
2358 }
2359
2360 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2361
2362 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2363 {
2364         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2365         unsigned long flags;
2366         unsigned int order, t;
2367         struct page *page;
2368
2369         if (zone_is_empty(zone))
2370                 return;
2371
2372         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2373
2374         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2375         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2376                 if (pfn_valid(pfn)) {
2377                         page = pfn_to_page(pfn);
2378
2379                         if (page_zone(page) != zone)
2380                                 continue;
2381
2382                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2383                                 swsusp_unset_page_free(page);
2384                 }
2385
2386         for_each_migratetype_order(order, t) {
2387                 list_for_each_entry(page,
2388                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2389                         unsigned long i;
2390
2391                         pfn = page_to_pfn(page);
2392                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2393                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2394                 }
2395         }
2396         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2397 }
2398 #endif /* CONFIG_PM */
2399
2400 /*
2401  * Free a 0-order page
2402  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2403  */
2404 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2405 {
2406         struct zone *zone = page_zone(page);
2407         struct per_cpu_pages *pcp;
2408         unsigned long flags;
2409         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2410         int migratetype;
2411
2412         if (!free_pcp_prepare(page))
2413                 return;
2414
2415         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2416         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2417         local_irq_save(flags);
2418         __count_vm_event(PGFREE);
2419
2420         /*
2421          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2422          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2423          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2424          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2425          * excessively into the page allocator
2426          */
2427         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2428                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2429                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2430                         goto out;
2431                 }
2432                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2433         }
2434
2435         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2436         if (!cold)
2437                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2438         else
2439                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2440         pcp->count++;
2441         if (pcp->count >= pcp->high) {
2442                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2443                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2444                 pcp->count -= batch;
2445         }
2446
2447 out:
2448         local_irq_restore(flags);
2449 }
2450
2451 /*
2452  * Free a list of 0-order pages
2453  */
2454 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2455 {
2456         struct page *page, *next;
2457
2458         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2459                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2460                 free_hot_cold_page(page, cold);
2461         }
2462 }
2463
2464 /*
2465  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2466  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2467  * Each sub-page must be freed individually.
2468  *
2469  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2470  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2471  */
2472 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2473 {
2474         int i;
2475
2476         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2477         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2478
2479 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2480         /*
2481          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2482          * otherwise free the whole shadow.
2483          */
2484         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2485                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2486 #endif
2487
2488         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2489                 set_page_refcounted(page + i);
2490         split_page_owner(page, order);
2491 }
2492 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2493
2494 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2495 {
2496         unsigned long watermark;
2497         struct zone *zone;
2498         int mt;
2499
2500         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2501
2502         zone = page_zone(page);
2503         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2504
2505         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2506                 /*
2507                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2508                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2509                  * watermark, because we already know our high-order page
2510                  * exists.
2511                  */
2512                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2513                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2514                         return 0;
2515
2516                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2517         }
2518
2519         /* Remove page from free list */
2520         list_del(&page->lru);
2521         zone->free_area[order].nr_free--;
2522         rmv_page_order(page);
2523
2524         /*
2525          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2526          * pageblock
2527          */
2528         if (order >= pageblock_order - 1) {
2529                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2530                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2531                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2532                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2533                                 set_pageblock_migratetype(page,
2534                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2535                 }
2536         }
2537
2538
2539         return 1UL << order;
2540 }
2541
2542 /*
2543  * Update NUMA hit/miss statistics
2544  *
2545  * Must be called with interrupts disabled.
2546  *
2547  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2548  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2549  * memory on behalf of other processes.
2550  */
2551 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2552                                                                 gfp_t flags)
2553 {
2554 #ifdef CONFIG_NUMA
2555         int local_nid = numa_node_id();
2556         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2557
2558         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2559                 local_stat = NUMA_OTHER;
2560                 local_nid = preferred_zone->node;
2561         }
2562
2563         if (z->node == local_nid) {
2564                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2565                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2566         } else {
2567                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2568                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2569         }
2570 #endif
2571 }
2572
2573 /*
2574  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2575  */
2576 static inline
2577 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2578                         struct zone *zone, unsigned int order,
2579                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2580                         int migratetype)
2581 {
2582         unsigned long flags;
2583         struct page *page;
2584         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2585
2586         if (likely(order == 0)) {
2587                 struct per_cpu_pages *pcp;
2588                 struct list_head *list;
2589
2590                 local_irq_save(flags);
2591                 do {
2592                         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2593                         list = &pcp->lists[migratetype];
2594                         if (list_empty(list)) {
2595                                 pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2596                                                 pcp->batch, list,
2597                                                 migratetype, cold);
2598                                 if (unlikely(list_empty(list)))
2599                                         goto failed;
2600                         }
2601
2602                         if (cold)
2603                                 page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2604                         else
2605                                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2606
2607                         list_del(&page->lru);
2608                         pcp->count--;
2609
2610                 } while (check_new_pcp(page));
2611         } else {
2612                 /*
2613                  * We most definitely don't want callers attempting to
2614                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2615                  */
2616                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2617                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2618
2619                 do {
2620                         page = NULL;
2621                         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2622                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2623                                 if (page)
2624                                         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2625                         }
2626                         if (!page)
2627                                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2628                 } while (page && check_new_pages(page, order));
2629                 spin_unlock(&zone->lock);
2630                 if (!page)
2631                         goto failed;
2632                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2633                                           get_pcppage_migratetype(page));
2634         }
2635
2636         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2637         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2638         local_irq_restore(flags);
2639
2640         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2641         return page;
2642
2643 failed:
2644         local_irq_restore(flags);
2645         return NULL;
2646 }
2647
2648 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2649
2650 static struct {
2651         struct fault_attr attr;
2652
2653         bool ignore_gfp_highmem;
2654         bool ignore_gfp_reclaim;
2655         u32 min_order;
2656 } fail_page_alloc = {
2657         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2658         .ignore_gfp_reclaim = true,
2659         .ignore_gfp_highmem = true,
2660         .min_order = 1,
2661 };
2662
2663 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2664 {
2665         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2666 }
2667 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2668
2669 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2670 {
2671         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2672                 return false;
2673         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2674                 return false;
2675         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2676                 return false;
2677         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2678                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2679                 return false;
2680
2681         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2682 }
2683
2684 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2685
2686 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2687 {
2688         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2689         struct dentry *dir;
2690
2691         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2692                                         &fail_page_alloc.attr);
2693         if (IS_ERR(dir))
2694                 return PTR_ERR(dir);
2695
2696         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2697                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2698                 goto fail;
2699         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2700                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2701                 goto fail;
2702         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2703                                 &fail_page_alloc.min_order))
2704                 goto fail;
2705
2706         return 0;
2707 fail:
2708         debugfs_remove_recursive(dir);
2709
2710         return -ENOMEM;
2711 }
2712
2713 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2714
2715 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2716
2717 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2718
2719 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2720 {
2721         return false;
2722 }
2723
2724 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2725
2726 /*
2727  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2728  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2729  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2730  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2731  */
2732 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2733                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2734                          long free_pages)
2735 {
2736         long min = mark;
2737         int o;
2738         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2739
2740         /* free_pages may go negative - that's OK */
2741         free_pages -= (1 << order) - 1;
2742
2743         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2744                 min -= min / 2;
2745
2746         /*
2747          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2748          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2749          * atomic reserve but it avoids a search.
2750          */
2751         if (likely(!alloc_harder))
2752                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2753         else
2754                 min -= min / 4;
2755
2756 #ifdef CONFIG_CMA
2757         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2758         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2759                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2760 #endif
2761
2762         /*
2763          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2764          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2765          * even if a suitable page happened to be free.
2766          */
2767         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2768                 return false;
2769
2770         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2771         if (!order)
2772                 return true;
2773
2774         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2775         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2776                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2777                 int mt;
2778
2779                 if (!area->nr_free)
2780                         continue;
2781
2782                 if (alloc_harder)
2783                         return true;
2784
2785                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2786                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2787                                 return true;
2788                 }
2789
2790 #ifdef CONFIG_CMA
2791                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2792                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2793                         return true;
2794                 }
2795 #endif
2796         }
2797         return false;
2798 }
2799
2800 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2801                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2802 {
2803         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2804                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2805 }
2806
2807 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2808                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2809 {
2810         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2811         long cma_pages = 0;
2812
2813 #ifdef CONFIG_CMA
2814         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2815         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2816                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2817 #endif
2818
2819         /*
2820          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2821          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2822          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2823          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2824          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2825          */
2826         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2827                 return true;
2828
2829         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2830                                         free_pages);
2831 }
2832
2833 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2834                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2835 {
2836         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2837
2838         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2839                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2840
2841         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2842                                                                 free_pages);
2843 }
2844
2845 #ifdef CONFIG_NUMA
2846 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2847 {
2848         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2849                                 RECLAIM_DISTANCE;
2850 }
2851 #else   /* CONFIG_NUMA */
2852 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2853 {
2854         return true;
2855 }
2856 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2857
2858 /*
2859  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2860  * a page.
2861  */
2862 static struct page *
2863 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2864                                                 const struct alloc_context *ac)
2865 {
2866         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2867         struct zone *zone;
2868         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
2869
2870         /*
2871          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2872          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2873          */
2874         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2875                                                                 ac->nodemask) {
2876                 struct page *page;
2877                 unsigned long mark;
2878
2879                 if (cpusets_enabled() &&
2880                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2881                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2882                                 continue;
2883                 /*
2884                  * When allocating a page cache page for writing, we
2885                  * want to get it from a node that is within its dirty
2886                  * limit, such that no single node holds more than its
2887                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2888                  * The dirty limits take into account the node's
2889                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2890                  * should be able to balance it without having to
2891                  * write pages from its LRU list.
2892                  *
2893                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2894                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
2895                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2896                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2897                  * nodes are together not big enough to reach the
2898                  * global limit.  The proper fix for these situations
2899                  * will require awareness of nodes in the
2900                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2901                  */
2902                 if (ac->spread_dirty_pages) {
2903                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
2904                                 continue;
2905
2906                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
2907                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
2908                                 continue;
2909                         }
2910                 }
2911
2912                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2913                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
2914                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
2915                         int ret;
2916
2917                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2918                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2919                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2920                                 goto try_this_zone;
2921
2922                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
2923                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
2924                                 continue;
2925
2926                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
2927                         switch (ret) {
2928                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
2929                                 /* did not scan */
2930                                 continue;
2931                         case NODE_RECLAIM_FULL:
2932                                 /* scanned but unreclaimable */
2933                                 continue;
2934                         default:
2935                                 /* did we reclaim enough */
2936                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2937                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
2938                                         goto try_this_zone;
2939
2940                                 continue;
2941                         }
2942                 }
2943
2944 try_this_zone:
2945                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
2946                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2947                 if (page) {
2948                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
2949
2950                         /*
2951                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2952                          * if the pageblock should be reserved for the future
2953                          */
2954                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2955                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2956
2957                         return page;
2958                 }
2959         }
2960
2961         return NULL;
2962 }
2963
2964 /*
2965  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2966  * meminfo in irq context.
2967  */
2968 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2969 {
2970         bool ret = false;
2971
2972 #if NODES_SHIFT > 8
2973         ret = in_interrupt();
2974 #endif
2975         return ret;
2976 }
2977
2978 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2979                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2980                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2981
2982 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2983 {
2984         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2985
2986         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2987             debug_guardpage_minorder() > 0)
2988                 return;
2989
2990         /*
2991          * This documents exceptions given to allocations in certain
2992          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2993          * of allowed nodes.
2994          */
2995         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2996                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2997                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2998                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2999         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3000                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3001
3002         if (fmt) {
3003                 struct va_format vaf;
3004                 va_list args;
3005
3006                 va_start(args, fmt);
3007
3008                 vaf.fmt = fmt;
3009                 vaf.va = &args;
3010
3011                 pr_warn("%pV", &vaf);
3012
3013                 va_end(args);
3014         }
3015
3016         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
3017                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
3018         dump_stack();
3019         if (!should_suppress_show_mem())
3020                 show_mem(filter);
3021 }
3022
3023 static inline struct page *
3024 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3025         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3026 {
3027         struct oom_control oc = {
3028                 .zonelist = ac->zonelist,
3029                 .nodemask = ac->nodemask,
3030                 .memcg = NULL,
3031                 .gfp_mask = gfp_mask,
3032                 .order = order,
3033         };
3034         struct page *page;
3035
3036         *did_some_progress = 0;
3037
3038         /*
3039          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3040          * making progress for us.
3041          */
3042         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3043                 *did_some_progress = 1;
3044                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3045                 return NULL;
3046         }
3047
3048         /*
3049          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3050          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3051          * we're still under heavy pressure.
3052          */
3053         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3054                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3055         if (page)
3056                 goto out;
3057
3058         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3059                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3060                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3061                         goto out;
3062                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3063                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3064                         goto out;
3065                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3066                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3067                         goto out;
3068                 if (pm_suspended_storage())
3069                         goto out;
3070                 /*
3071                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3072                  * other request to make a forward progress.
3073                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3074                  * do much for this context but let's try it to at least get
3075                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
3076                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3077                  * failures more gracefully we should just bail out here.
3078                  */
3079
3080                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3081                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3082                         goto out;
3083         }
3084         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3085         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3086                 *did_some_progress = 1;
3087
3088                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3089                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3090                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
3091                         /*
3092                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3093                          * are depleted
3094                          */
3095                         if (!page)
3096                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3097                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3098                 }
3099         }
3100 out:
3101         mutex_unlock(&oom_lock);
3102         return page;
3103 }
3104
3105 /*
3106  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3107  * killer is consider as the only way to move forward.
3108  */
3109 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3110
3111 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3112 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3113 static struct page *
3114 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3115                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3116                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3117 {
3118         struct page *page;
3119
3120         if (!order)
3121                 return NULL;
3122
3123         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3124         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3125                                                                         prio);
3126         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3127
3128         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3129                 return NULL;
3130
3131         /*
3132          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3133          * count a compaction stall
3134          */
3135         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3136
3137         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3138
3139         if (page) {
3140                 struct zone *zone = page_zone(page);
3141
3142                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3143                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3144                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3145                 return page;
3146         }
3147
3148         /*
3149          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3150          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3151          */
3152         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3153
3154         cond_resched();
3155
3156         return NULL;
3157 }
3158
3159 static inline bool
3160 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3161                      enum compact_result compact_result,
3162                      enum compact_priority *compact_priority,
3163                      int *compaction_retries)
3164 {
3165         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3166
3167         if (!order)
3168                 return false;
3169
3170         if (compaction_made_progress(compact_result))
3171                 (*compaction_retries)++;
3172
3173         /*
3174          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3175          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3176          * failure could be caused by insufficient priority
3177          */
3178         if (compaction_failed(compact_result))
3179                 goto check_priority;
3180
3181         /*
3182          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3183          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3184          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3185          * compaction.
3186          */
3187         if (compaction_withdrawn(compact_result))
3188                 return compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3189
3190         /*
3191          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3192          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3193          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3194          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3195          * would need much more detailed feedback from compaction to
3196          * make a better decision.
3197          */
3198         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3199                 max_retries /= 4;
3200         if (*compaction_retries <= max_retries)
3201                 return true;
3202
3203         /*
3204          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3205          * all retries or failed at the lower priorities.
3206          */
3207 check_priority:
3208         if (*compact_priority > MIN_COMPACT_PRIORITY) {
3209                 (*compact_priority)--;
3210                 *compaction_retries = 0;
3211                 return true;
3212         }
3213         return false;
3214 }
3215 #else
3216 static inline struct page *
3217 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3218                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3219                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3220 {
3221         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3222         return NULL;
3223 }
3224
3225 static inline bool
3226 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3227                      enum compact_result compact_result,
3228                      enum compact_priority *compact_priority,
3229                      int *compaction_retries)
3230 {
3231         struct zone *zone;
3232         struct zoneref *z;
3233
3234         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3235                 return false;
3236
3237         /*
3238          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3239          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3240          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3241          * watermarks are OK.
3242          */
3243         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3244                                         ac->nodemask) {
3245                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3246                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3247                         return true;
3248         }
3249         return false;
3250 }
3251 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3252
3253 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3254 static int
3255 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3256                                         const struct alloc_context *ac)
3257 {
3258         struct reclaim_state reclaim_state;
3259         int progress;
3260
3261         cond_resched();
3262
3263         /* We now go into synchronous reclaim */
3264         cpuset_memory_pressure_bump();
3265         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3266         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3267         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3268         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3269
3270         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3271                                                                 ac->nodemask);
3272
3273         current->reclaim_state = NULL;
3274         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3275         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3276
3277         cond_resched();
3278
3279         return progress;
3280 }
3281
3282 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3283 static inline struct page *
3284 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3285                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3286                 unsigned long *did_some_progress)
3287 {
3288         struct page *page = NULL;
3289         bool drained = false;
3290
3291         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3292         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3293                 return NULL;
3294
3295 retry:
3296         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3297
3298         /*
3299          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3300          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3301          * Shrink them them and try again
3302          */
3303         if (!page && !drained) {
3304                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3305                 drain_all_pages(NULL);
3306                 drained = true;
3307                 goto retry;
3308         }
3309
3310         return page;
3311 }
3312
3313 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3314 {
3315         struct zoneref *z;
3316         struct zone *zone;
3317         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3318
3319         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3320                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3321                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3322                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3323                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3324         }
3325 }
3326
3327 static inline unsigned int
3328 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3329 {
3330         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3331
3332         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3333         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3334
3335         /*
3336          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3337          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3338          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3339          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3340          */
3341         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3342
3343         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3344                 /*
3345                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3346                  * if it can't schedule.
3347                  */
3348                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3349                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3350                 /*
3351                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3352                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3353                  */
3354                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3355         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3356                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3357
3358 #ifdef CONFIG_CMA
3359         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3360                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3361 #endif
3362         return alloc_flags;
3363 }
3364
3365 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3366 {
3367         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3368                 return false;
3369
3370         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3371                 return true;
3372         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3373                 return true;
3374         if (!in_interrupt() &&
3375                         ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3376                          unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3377                 return true;
3378
3379         return false;
3380 }
3381
3382 /*
3383  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3384  * is consider as the only way to move forward.
3385  */
3386 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3387
3388 /*
3389  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3390  * for the given allocation request.
3391  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3392  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3393  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3394  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3395  * no_progress_loops).
3396  *
3397  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3398  */
3399 static inline bool
3400 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3401                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3402                      bool did_some_progress, int no_progress_loops)
3403 {
3404         struct zone *zone;
3405         struct zoneref *z;
3406
3407         /*
3408          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3409          * several times in the row.
3410          */
3411         if (no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3412                 return false;
3413
3414         /*
3415          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3416          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3417          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3418          * screwed and have to go OOM.
3419          */
3420         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3421                                         ac->nodemask) {
3422                 unsigned long available;
3423                 unsigned long reclaimable;
3424
3425                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3426                 available -= DIV_ROUND_UP(no_progress_loops * available,
3427                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3428                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3429
3430                 /*
3431                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3432                  * available?
3433                  */
3434                 if (__zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark_pages(zone),
3435                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available)) {
3436                         /*
3437                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3438                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3439                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3440                          * prevent from pre mature OOM
3441                          */
3442                         if (!did_some_progress) {
3443                                 unsigned long write_pending;
3444
3445                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3446                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3447
3448                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3449                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3450                                         return true;
3451                                 }
3452                         }
3453
3454                         /*
3455                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3456                          * context and the current implementation of the WQ
3457                          * concurrency control doesn't recognize that
3458                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3459                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3460                          * do a short sleep here rather than calling
3461                          * cond_resched().
3462                          */
3463                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3464                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3465                         else
3466                                 cond_resched();
3467
3468                         return true;
3469                 }
3470         }
3471
3472         return false;
3473 }
3474
3475 static inline struct page *
3476 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3477                                                 struct alloc_context *ac)
3478 {
3479         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3480         struct page *page = NULL;
3481         unsigned int alloc_flags;
3482         unsigned long did_some_progress;
3483         enum compact_priority compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3484         enum compact_result compact_result;
3485         int compaction_retries = 0;
3486         int no_progress_loops = 0;
3487
3488         /*
3489          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3490          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3491          * be using allocators in order of preference for an area that is
3492          * too large.
3493          */
3494         if (order >= MAX_ORDER) {
3495                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3496                 return NULL;
3497         }
3498
3499         /*
3500          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3501          * callers that are not in atomic context.
3502          */
3503         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3504                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3505                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3506
3507         /*
3508          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3509          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3510          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3511          */
3512         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3513
3514         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3515                 wake_all_kswapds(order, ac);
3516
3517         /*
3518          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3519          * that first
3520          */
3521         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3522         if (page)
3523                 goto got_pg;
3524
3525         /*
3526          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3527          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. Don't try
3528          * that for allocations that are allowed to ignore watermarks, as the
3529          * ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3530          */
3531         if (can_direct_reclaim && order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3532                 !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3533                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3534                                                 alloc_flags, ac,
3535                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3536                                                 &compact_result);
3537                 if (page)
3538                         goto got_pg;
3539
3540                 /*
3541                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3542                  * includes THP page fault allocations
3543                  */
3544                 if (gfp_mask & __GFP_NORETRY) {
3545                         /*
3546                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
3547                          * it is because sync compaction recently failed. If
3548                          * this is the case and the caller requested a THP
3549                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
3550                          * system, so we fail the allocation instead of entering
3551                          * direct reclaim.
3552                          */
3553                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3554                                 goto nopage;
3555
3556                         /*
3557                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
3558                          * sync compaction could be very expensive, so keep
3559                          * using async compaction.
3560                          */
3561                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
3562                 }
3563         }
3564
3565 retry:
3566         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
3567         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3568                 wake_all_kswapds(order, ac);
3569
3570         if (gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask))
3571                 alloc_flags = ALLOC_NO_WATERMARKS;
3572
3573         /*
3574          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3575          * These allocations are high priority and system rather than user
3576          * orientated.
3577          */
3578         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
3579                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3580                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3581                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3582         }
3583
3584         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
3585         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3586         if (page)
3587                 goto got_pg;
3588
3589         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3590         if (!can_direct_reclaim) {
3591                 /*
3592                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3593                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3594                  * to fail.
3595                  */
3596                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3597                 goto nopage;
3598         }
3599
3600         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3601         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3602                 /*
3603                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3604                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3605                  * for somebody to do a work for us.
3606                  */
3607                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3608                         cond_resched();
3609                         goto retry;
3610                 }
3611                 goto nopage;
3612         }
3613
3614         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3615         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3616                 goto nopage;
3617
3618
3619         /* Try direct reclaim and then allocating */
3620         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3621                                                         &did_some_progress);
3622         if (page)
3623                 goto got_pg;
3624
3625         /* Try direct compaction and then allocating */
3626         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3627                                         compact_priority, &compact_result);
3628         if (page)
3629                 goto got_pg;
3630
3631         /* Do not loop if specifically requested */
3632         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3633                 goto nopage;
3634
3635         /*
3636          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3637          * __GFP_REPEAT
3638          */
3639         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3640                 goto nopage;
3641
3642         /*
3643          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3644          * their order will become available due to high fragmentation so
3645          * always increment the no progress counter for them
3646          */
3647         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3648                 no_progress_loops = 0;
3649         else
3650                 no_progress_loops++;
3651
3652         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3653                                  did_some_progress > 0, no_progress_loops))
3654                 goto retry;
3655
3656         /*
3657          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3658          * reclaim is not able to make any progress because the current
3659          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3660          * of free memory (see __compaction_suitable)
3661          */
3662         if (did_some_progress > 0 &&
3663                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3664                                 compact_result, &compact_priority,
3665                                 &compaction_retries))
3666                 goto retry;
3667
3668         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3669         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3670         if (page)
3671                 goto got_pg;
3672
3673         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3674         if (did_some_progress) {
3675                 no_progress_loops = 0;
3676                 goto retry;
3677         }
3678
3679 nopage:
3680         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3681 got_pg:
3682         return page;
3683 }
3684
3685 /*
3686  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3687  */
3688 struct page *
3689 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3690                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3691 {
3692         struct page *page;
3693         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3694         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3695         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3696         struct alloc_context ac = {
3697                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3698                 .zonelist = zonelist,
3699                 .nodemask = nodemask,
3700                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3701         };
3702
3703         if (cpusets_enabled()) {
3704                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3705                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3706                 if (!ac.nodemask)
3707                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3708         }
3709
3710         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3711
3712         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3713
3714         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3715
3716         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3717                 return NULL;
3718
3719         /*
3720          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3721          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3722          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3723          */
3724         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3725                 return NULL;
3726
3727         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3728                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3729
3730 retry_cpuset:
3731         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3732
3733         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3734         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3735
3736         /*
3737          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3738          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3739          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3740          */
3741         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3742                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3743         if (!ac.preferred_zoneref) {
3744                 page = NULL;
3745                 goto no_zone;
3746         }
3747
3748         /* First allocation attempt */
3749         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3750         if (likely(page))
3751                 goto out;
3752
3753         /*
3754          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3755          * because I/O on the device might not complete.
3756          */
3757         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3758         ac.spread_dirty_pages = false;
3759
3760         /*
3761          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3762          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3763          */
3764         if (cpusets_enabled())
3765                 ac.nodemask = nodemask;
3766         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3767
3768 no_zone:
3769         /*
3770          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3771          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3772          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3773          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3774          */
3775         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3776                 alloc_mask = gfp_mask;
3777                 goto retry_cpuset;
3778         }
3779
3780 out:
3781         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
3782             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
3783                 __free_pages(page, order);
3784                 page = NULL;
3785         }
3786
3787         if (kmemcheck_enabled && page)
3788                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3789
3790         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3791
3792         return page;
3793 }
3794 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3795
3796 /*
3797  * Common helper functions.
3798  */
3799 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3800 {
3801         struct page *page;
3802
3803         /*
3804          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3805          * a highmem page
3806          */
3807         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3808
3809         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3810         if (!page)
3811                 return 0;
3812         return (unsigned long) page_address(page);
3813 }
3814 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3815
3816 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3817 {
3818         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3819 }
3820 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3821
3822 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3823 {
3824         if (put_page_testzero(page)) {
3825                 if (order == 0)
3826                         free_hot_cold_page(page, false);
3827                 else
3828                         __free_pages_ok(page, order);
3829         }
3830 }
3831
3832 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3833
3834 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3835 {
3836         if (addr != 0) {
3837                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3838                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3839         }
3840 }
3841
3842 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3843
3844 /*
3845  * Page Fragment:
3846  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3847  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3848  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3849  *
3850  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3851  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3852  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3853  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3854  */
3855 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3856                                        gfp_t gfp_mask)
3857 {
3858         struct page *page = NULL;
3859         gfp_t gfp = gfp_mask;
3860
3861 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3862         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3863                     __GFP_NOMEMALLOC;
3864         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3865                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3866         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3867 #endif
3868         if (unlikely(!page))
3869                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3870
3871         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3872
3873         return page;
3874 }
3875
3876 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3877                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3878 {
3879         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3880         struct page *page;
3881         int offset;
3882
3883         if (unlikely(!nc->va)) {
3884 refill:
3885                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3886                 if (!page)
3887                         return NULL;
3888
3889 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3890                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3891                 size = nc->size;
3892 #endif
3893                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3894                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3895                  */
3896                 page_ref_add(page, size - 1);
3897
3898                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3899                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3900                 nc->pagecnt_bias = size;
3901                 nc->offset = size;
3902         }
3903
3904         offset = nc->offset - fragsz;
3905         if (unlikely(offset < 0)) {
3906                 page = virt_to_page(nc->va);
3907
3908                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3909                         goto refill;
3910
3911 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3912                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3913                 size = nc->size;
3914 #endif
3915                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3916                 set_page_count(page, size);
3917
3918                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3919                 nc->pagecnt_bias = size;
3920                 offset = size - fragsz;
3921         }
3922
3923         nc->pagecnt_bias--;
3924         nc->offset = offset;
3925
3926         return nc->va + offset;
3927 }
3928 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3929
3930 /*
3931  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3932  */
3933 void __free_page_frag(void *addr)
3934 {
3935         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3936
3937         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3938                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3939 }
3940 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3941
3942 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3943                 size_t size)
3944 {
3945         if (addr) {
3946                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3947                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3948
3949                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3950                 while (used < alloc_end) {
3951                         free_page(used);
3952                         used += PAGE_SIZE;
3953                 }
3954         }
3955         return (void *)addr;
3956 }
3957
3958 /**
3959  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3960  * @size: the number of bytes to allocate
3961  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3962  *
3963  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3964  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3965  * allocate memory in power-of-two pages.
3966  *
3967  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3968  *
3969  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3970  */
3971 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3972 {
3973         unsigned int order = get_order(size);
3974         unsigned long addr;
3975
3976         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3977         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3978 }
3979 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3980
3981 /**
3982  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3983  *                         pages on a node.
3984  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3985  * @size: the number of bytes to allocate
3986  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3987  *
3988  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3989  * back.
3990  */
3991 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3992 {
3993         unsigned int order = get_order(size);
3994         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3995         if (!p)
3996                 return NULL;
3997         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3998 }
3999
4000 /**
4001  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4002  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4003  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4004  *
4005  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4006  */
4007 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4008 {
4009         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4010         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4011
4012         while (addr < end) {
4013                 free_page(addr);
4014                 addr += PAGE_SIZE;
4015         }
4016 }
4017 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4018
4019 /**
4020  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4021  * @offset: The zone index of the highest zone
4022  *
4023  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4024  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4025  * zone, the number of pages is calculated as:
4026  *     managed_pages - high_pages
4027  */
4028 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4029 {
4030         struct zoneref *z;
4031         struct zone *zone;
4032
4033         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4034         unsigned long sum = 0;
4035
4036         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4037
4038         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4039                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4040                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4041                 if (size > high)
4042                         sum += size - high;
4043         }
4044
4045         return sum;
4046 }
4047
4048 /**
4049  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4050  *
4051  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4052  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4053  */
4054 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4055 {
4056         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4057 }
4058 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4059
4060 /**
4061  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4062  *
4063  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4064  * high watermark within all zones.
4065  */
4066 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4067 {
4068         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4069 }
4070
4071 static inline void show_node(struct zone *zone)
4072 {
4073         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4074                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4075 }
4076
4077 long si_mem_available(void)
4078 {
4079         long available;
4080         unsigned long pagecache;
4081         unsigned long wmark_low = 0;
4082         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4083         struct zone *zone;
4084         int lru;
4085
4086         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4087                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4088
4089         for_each_zone(zone)
4090                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4091
4092         /*
4093          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4094          * without causing swapping.
4095          */
4096         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4097
4098         /*
4099          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4100          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4101          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4102          */
4103         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4104         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4105         available += pagecache;
4106
4107         /*
4108          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4109          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4110          */
4111         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4112                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4113
4114         if (available < 0)
4115                 available = 0;
4116         return available;
4117 }
4118 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4119
4120 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4121 {
4122         val->totalram = totalram_pages;
4123         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4124         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4125         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4126         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4127         val->freehigh = nr_free_highpages();
4128         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4129 }
4130
4131 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4132
4133 #ifdef CONFIG_NUMA
4134 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4135 {
4136         int zone_type;          /* needs to be signed */
4137         unsigned long managed_pages = 0;
4138         unsigned long managed_highpages = 0;
4139         unsigned long free_highpages = 0;
4140         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4141
4142         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4143                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4144         val->totalram = managed_pages;
4145         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4146         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4147 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4148         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4149                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4150
4151                 if (is_highmem(zone)) {
4152                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4153                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4154                 }
4155         }
4156         val->totalhigh = managed_highpages;
4157         val->freehigh = free_highpages;
4158 #else
4159         val->totalhigh = managed_highpages;
4160         val->freehigh = free_highpages;
4161 #endif
4162         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4163 }
4164 #endif
4165
4166 /*
4167  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4168  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4169  */
4170 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
4171 {
4172         bool ret = false;
4173         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4174
4175         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4176                 goto out;
4177
4178         do {
4179                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4180                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
4181         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
4182 out:
4183         return ret;
4184 }
4185
4186 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4187
4188 static void show_migration_types(unsigned char type)
4189 {
4190         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4191                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4192                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4193                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4194                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4195 #ifdef CONFIG_CMA
4196                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4197 #endif
4198 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4199                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4200 #endif
4201         };
4202         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4203         char *p = tmp;
4204         int i;
4205
4206         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4207                 if (type & (1 << i))
4208                         *p++ = types[i];
4209         }
4210
4211         *p = '\0';
4212         printk("(%s) ", tmp);
4213 }
4214
4215 /*
4216  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4217  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4218  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4219  *
4220  * Bits in @filter:
4221  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4222  *   cpuset.
4223  */
4224 void show_free_areas(unsigned int filter)
4225 {
4226         unsigned long free_pcp = 0;
4227         int cpu;
4228         struct zone *zone;
4229         pg_data_t *pgdat;
4230
4231         for_each_populated_zone(zone) {
4232                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4233                         continue;
4234
4235                 for_each_online_cpu(cpu)
4236                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4237         }
4238
4239         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4240                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4241                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4242                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4243                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4244                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4245                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4246                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4247                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4248                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4249                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4250                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4251                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4252                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4253                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4254                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4255                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4256                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4257                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4258                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4259                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4260                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4261                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4262                 free_pcp,
4263                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4264
4265         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4266                 printk("Node %d"
4267                         " active_anon:%lukB"
4268                         " inactive_anon:%lukB"
4269                         " active_file:%lukB"
4270                         " inactive_file:%lukB"
4271                         " unevictable:%lukB"
4272                         " isolated(anon):%lukB"
4273                         " isolated(file):%lukB"
4274                         " mapped:%lukB"
4275                         " dirty:%lukB"
4276                         " writeback:%lukB"
4277                         " shmem:%lukB"
4278 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4279                         " shmem_thp: %lukB"
4280                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4281                         " anon_thp: %lukB"
4282 #endif
4283                         " writeback_tmp:%lukB"
4284                         " unstable:%lukB"
4285                         " pages_scanned:%lu"
4286                         " all_unreclaimable? %s"
4287                         "\n",
4288                         pgdat->node_id,
4289                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4290                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4291                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4292                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4293                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4294                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4295                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4296                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4297                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4298                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4299 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4300                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4301                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4302                                         * HPAGE_PMD_NR),
4303                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4304 #endif
4305                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4306                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4307                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4308                         node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED),
4309                         !pgdat_reclaimable(pgdat) ? "yes" : "no");
4310         }
4311
4312         for_each_populated_zone(zone) {
4313                 int i;
4314
4315                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4316                         continue;
4317
4318                 free_pcp = 0;
4319                 for_each_online_cpu(cpu)
4320                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4321
4322                 show_node(zone);
4323                 printk("%s"
4324                         " free:%lukB"
4325                         " min:%lukB"
4326                         " low:%lukB"
4327                         " high:%lukB"
4328                         " active_anon:%lukB"
4329                         " inactive_anon:%lukB"
4330                         " active_file:%lukB"
4331                         " inactive_file:%lukB"
4332                         " unevictable:%lukB"
4333                         " writepending:%lukB"
4334                         " present:%lukB"
4335                         " managed:%lukB"
4336                         " mlocked:%lukB"
4337                         " slab_reclaimable:%lukB"
4338                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4339                         " kernel_stack:%lukB"
4340                         " pagetables:%lukB"
4341                         " bounce:%lukB"
4342                         " free_pcp:%lukB"
4343                         " local_pcp:%ukB"
4344                         " free_cma:%lukB"
4345                         "\n",
4346                         zone->name,
4347                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4348                         K(min_wmark_pages(zone)),
4349                         K(low_wmark_pages(zone)),
4350                         K(high_wmark_pages(zone)),
4351                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4352                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4353                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4354                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4355                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4356                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4357                         K(zone->present_pages),
4358                         K(zone->managed_pages),
4359                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4360                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4361                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4362                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4363                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4364                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4365                         K(free_pcp),
4366                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4367                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4368                 printk("lowmem_reserve[]:");
4369                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4370                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4371                 printk("\n");
4372         }
4373
4374         for_each_populated_zone(zone) {
4375                 unsigned int order;
4376                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4377                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4378
4379                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4380                         continue;
4381                 show_node(zone);
4382                 printk("%s: ", zone->name);
4383
4384                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4385                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4386                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4387                         int type;
4388
4389                         nr[order] = area->nr_free;
4390                         total += nr[order] << order;
4391
4392                         types[order] = 0;
4393                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4394                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4395                                         types[order] |= 1 << type;
4396                         }
4397                 }
4398                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4399                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4400                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4401                         if (nr[order])
4402                                 show_migration_types(types[order]);
4403                 }
4404                 printk("= %lukB\n", K(total));
4405         }
4406
4407         hugetlb_show_meminfo();
4408
4409         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4410
4411         show_swap_cache_info();
4412 }
4413
4414 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4415 {
4416         zoneref->zone = zone;
4417         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4418 }
4419
4420 /*
4421  * Builds allocation fallback zone lists.
4422  *
4423  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4424  */
4425 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4426                                 int nr_zones)
4427 {
4428         struct zone *zone;
4429         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4430
4431         do {
4432                 zone_type--;
4433                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4434                 if (managed_zone(zone)) {
4435                         zoneref_set_zone(zone,
4436                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4437                         check_highest_zone(zone_type);
4438                 }
4439         } while (zone_type);
4440
4441         return nr_zones;
4442 }
4443
4444
4445 /*
4446  *  zonelist_order:
4447  *  0 = automatic detection of better ordering.
4448  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4449  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4450  *
4451  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4452  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4453  */
4454 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4455 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4456 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4457
4458 /* zonelist order in the kernel.
4459  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4460  */
4461 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4462 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4463
4464
4465 #ifdef CONFIG_NUMA
4466 /* The value user specified ....changed by config */
4467 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4468 /* string for sysctl */
4469 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4470 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4471
4472 /*
4473  * interface for configure zonelist ordering.
4474  * command line option "numa_zonelist_order"
4475  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4476  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4477  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4478  */
4479
4480 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4481 {
4482         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4483                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4484         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4485                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4486         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4487                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4488         } else {
4489                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4490                 return -EINVAL;
4491         }
4492         return 0;
4493 }
4494
4495 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4496 {
4497         int ret;
4498
4499         if (!s)
4500                 return 0;
4501
4502         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4503         if (ret == 0)
4504                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4505
4506         return ret;
4507 }
4508 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4509
4510 /*
4511  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4512  */
4513 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4514                 void __user *buffer, size_t *length,
4515                 loff_t *ppos)
4516 {
4517         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4518         int ret;
4519         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4520
4521         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4522         if (write) {
4523                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4524                         ret = -EINVAL;
4525                         goto out;
4526                 }
4527                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4528         }
4529         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4530         if (ret)
4531                 goto out;
4532         if (write) {
4533                 int oldval = user_zonelist_order;
4534
4535                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4536                 if (ret) {
4537                         /*
4538                          * bogus value.  restore saved string
4539                          */
4540                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4541                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4542                         user_zonelist_order = oldval;
4543                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4544                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4545                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4546                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4547                 }
4548         }
4549 out:
4550         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4551         return ret;
4552 }
4553
4554
4555 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4556 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4557
4558 /**
4559  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4560  * @node: node whose fallback list we're appending
4561  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4562  *
4563  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4564  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4565  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4566  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4567  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4568  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4569  * on them otherwise.
4570  * It returns -1 if no node is found.
4571  */
4572 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4573 {
4574         int n, val;
4575         int min_val = INT_MAX;
4576         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4577         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4578
4579         /* Use the local node if we haven't already */
4580         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4581                 node_set(node, *used_node_mask);
4582                 return node;
4583         }
4584
4585         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4586
4587                 /* Don't want a node to appear more than once */
4588                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4589                         continue;
4590
4591                 /* Use the distance array to find the distance */
4592                 val = node_distance(node, n);
4593
4594                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4595                 val += (n < node);
4596
4597                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4598                 tmp = cpumask_of_node(n);
4599                 if (!cpumask_empty(tmp))
4600                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4601
4602                 /* Slight preference for less loaded node */
4603                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4604                 val += node_load[n];
4605
4606                 if (val < min_val) {
4607                         min_val = val;
4608                         best_node = n;
4609                 }
4610         }
4611
4612         if (best_node >= 0)
4613                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4614
4615         return best_node;
4616 }
4617
4618
4619 /*
4620  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4621  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4622  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4623  */
4624 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4625 {
4626         int j;
4627         struct zonelist *zonelist;
4628
4629         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4630         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4631                 ;
4632         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4633         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4634         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4635 }
4636
4637 /*
4638  * Build gfp_thisnode zonelists
4639  */
4640 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4641 {
4642         int j;
4643         struct zonelist *zonelist;
4644
4645         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK];
4646         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4647         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4648         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4649 }
4650
4651 /*
4652  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4653  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4654  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4655  * may still exist in local DMA zone.
4656  */
4657 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4658
4659 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4660 {
4661         int pos, j, node;
4662         int zone_type;          /* needs to be signed */
4663         struct zone *z;
4664         struct zonelist *zonelist;
4665
4666         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4667         pos = 0;
4668         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4669                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4670                         node = node_order[j];
4671                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4672                         if (managed_zone(z)) {
4673                                 zoneref_set_zone(z,
4674                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4675                                 check_highest_zone(zone_type);
4676                         }
4677                 }
4678         }
4679         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4680         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4681 }
4682
4683 #if defined(CONFIG_64BIT)
4684 /*
4685  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4686  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4687  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4688  */
4689 static int default_zonelist_order(void)
4690 {
4691         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4692 }
4693 #else
4694 /*
4695  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4696  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4697  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4698  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4699  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4700  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4701  */
4702 static int default_zonelist_order(void)
4703 {
4704         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4705 }
4706 #endif /* CONFIG_64BIT */
4707
4708 static void set_zonelist_order(void)
4709 {
4710         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4711                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4712         else
4713                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4714 }
4715
4716 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4717 {
4718         int i, node, load;
4719         nodemask_t used_mask;
4720         int local_node, prev_node;
4721         struct zonelist *zonelist;
4722         unsigned int order = current_zonelist_order;
4723
4724         /* initialize zonelists */
4725         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4726                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4727                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4728                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4729         }
4730
4731         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4732         local_node = pgdat->node_id;
4733         load = nr_online_nodes;
4734         prev_node = local_node;
4735         nodes_clear(used_mask);
4736
4737         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4738         i = 0;
4739
4740         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4741                 /*
4742                  * We don't want to pressure a particular node.
4743                  * So adding penalty to the first node in same
4744                  * distance group to make it round-robin.
4745                  */
4746                 if (node_distance(local_node, node) !=
4747                     node_distance(local_node, prev_node))
4748                         node_load[node] = load;
4749
4750                 prev_node = node;
4751                 load--;
4752                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4753                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4754                 else
4755                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4756         }
4757
4758         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4759                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4760                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4761         }
4762
4763         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4764 }
4765
4766 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4767 /*
4768  * Return node id of node used for "local" allocations.
4769  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4770  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4771  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4772  */
4773 int local_memory_node(int node)
4774 {
4775         struct zoneref *z;
4776
4777         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4778                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4779                                    NULL);
4780         return z->zone->node;
4781 }
4782 #endif
4783
4784 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
4785 static void setup_min_slab_ratio(void);
4786 #else   /* CONFIG_NUMA */
4787
4788 static void set_zonelist_order(void)
4789 {
4790         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4791 }
4792
4793 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4794 {
4795         int node, local_node;
4796         enum zone_type j;
4797         struct zonelist *zonelist;
4798
4799         local_node = pgdat->node_id;
4800
4801         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4802         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4803
4804         /*
4805          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4806          * of all the other nodes.
4807          * We don't want to pressure a particular node, so when
4808          * building the zones for node N, we make sure that the
4809          * zones coming right after the local ones are those from
4810          * node N+1 (modulo N)
4811          */
4812         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4813                 if (!node_online(node))
4814                         continue;
4815                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4816         }
4817         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4818                 if (!node_online(node))
4819                         continue;
4820                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4821         }
4822
4823         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4824         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4825 }
4826
4827 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4828
4829 /*
4830  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4831  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4832  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4833  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4834  * with interrupts disabled.
4835  *
4836  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4837  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4838  * hotplugged processors.
4839  *
4840  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4841  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4842  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4843  */
4844 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4845 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4846 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4847
4848 /*
4849  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4850  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4851  */
4852 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4853
4854 /* return values int ....just for stop_machine() */
4855 static int __build_all_zonelists(void *data)
4856 {
4857         int nid;
4858         int cpu;
4859         pg_data_t *self = data;
4860
4861 #ifdef CONFIG_NUMA
4862         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4863 #endif
4864
4865         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4866                 build_zonelists(self);
4867         }
4868
4869         for_each_online_node(nid) {
4870                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4871
4872                 build_zonelists(pgdat);
4873         }
4874
4875         /*
4876          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4877          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4878          * each zone will be allocated later when the per cpu
4879          * allocator is available.
4880          *
4881          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4882          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4883          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4884          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4885          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4886          * (a chicken-egg dilemma).
4887          */
4888         for_each_possible_cpu(cpu) {
4889                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4890
4891 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4892                 /*
4893                  * We now know the "local memory node" for each node--
4894                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4895                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4896                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4897                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4898                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4899                  */
4900                 if (cpu_online(cpu))
4901                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4902 #endif
4903         }
4904
4905         return 0;
4906 }
4907
4908 static noinline void __init
4909 build_all_zonelists_init(void)
4910 {
4911         __build_all_zonelists(NULL);
4912         mminit_verify_zonelist();
4913         cpuset_init_current_mems_allowed();
4914 }
4915
4916 /*
4917  * Called with zonelists_mutex held always
4918  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4919  *
4920  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4921  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4922  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4923  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4924  */
4925 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4926 {
4927         set_zonelist_order();
4928
4929         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4930                 build_all_zonelists_init();
4931         } else {
4932 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4933                 if (zone)
4934                         setup_zone_pageset(zone);
4935 #endif
4936                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4937                    of zonelist */
4938                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4939                 /* cpuset refresh routine should be here */
4940         }
4941         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4942         /*
4943          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4944          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4945          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4946          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4947          * disabled and enable it later
4948          */
4949         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4950                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4951         else
4952                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4953
4954         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
4955                 nr_online_nodes,
4956                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4957                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4958                 vm_total_pages);
4959 #ifdef CONFIG_NUMA
4960         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4961 #endif
4962 }
4963
4964 /*
4965  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4966  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4967  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4968  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4969  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4970  * conservative, even though it seems large.
4971  *
4972  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4973  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4974  */
4975 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4976
4977 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4978 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4979 {
4980         unsigned long size = 1;
4981
4982         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4983
4984         while (size < pages)
4985                 size <<= 1;
4986
4987         /*
4988          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4989          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4990          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4991          */
4992         size = min(size, 4096UL);
4993
4994         return max(size, 4UL);
4995 }
4996 #else
4997 /*
4998  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4999  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
5000  *
5001  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
5002  *
5003  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
5004  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
5005  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
5006  *
5007  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
5008  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
5009  *
5010  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
5011  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
5012  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
5013  */
5014 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5015 {
5016         return 4096UL;
5017 }
5018 #endif
5019
5020 /*
5021  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
5022  * to extract the more random high bits from the multiplicative
5023  * hash function before the remainder is taken.
5024  */
5025 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
5026 {
5027         return ffz(~size);
5028 }
5029
5030 /*
5031  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5032  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5033  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5034  */
5035 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5036                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5037 {
5038         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5039         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5040         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5041         unsigned long pfn;
5042         unsigned long nr_initialised = 0;
5043 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5044         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5045 #endif
5046
5047         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5048                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5049
5050         /*
5051          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5052          * memory
5053          */
5054         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5055                 start_pfn += altmap->reserve;
5056
5057         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5058                 /*
5059                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5060                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5061                  */
5062                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5063                         goto not_early;
5064
5065                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5066                         continue;
5067                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5068                         continue;
5069                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5070                         break;
5071
5072 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5073                 /*
5074                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5075                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5076                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5077                  */
5078                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5079                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5080                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5081                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5082                                                 break;
5083                                 r = tmp;
5084                         }
5085                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5086                             memblock_is_mirror(r)) {
5087                                 /* already initialized as NORMAL */
5088                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5089                                 continue;
5090                         }
5091                 }
5092 #endif
5093
5094 not_early:
5095                 /*
5096                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5097                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5098                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5099                  * the address space during boot when many long-lived
5100                  * kernel allocations are made.
5101                  *
5102                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5103                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5104                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5105                  * pfn out of zone.
5106                  */
5107                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5108                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5109
5110                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5111                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5112                 } else {
5113                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5114                 }
5115         }
5116 }
5117
5118 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5119 {
5120         unsigned int order, t;
5121         for_each_migratetype_order(order, t) {
5122                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5123                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5124         }
5125 }
5126
5127 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5128 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5129         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5130 #endif
5131
5132 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5133 {
5134 #ifdef CONFIG_MMU
5135         int batch;
5136
5137         /*
5138          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5139          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5140          *
5141          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5142          */
5143         batch = zone->managed_pages / 1024;
5144         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5145                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5146         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5147         if (batch < 1)
5148                 batch = 1;
5149
5150         /*
5151          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5152          * of 2 value was found to be more likely to have
5153          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5154          *
5155          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5156          * batches of pages, one task can end up with a lot
5157          * of pages of one half of the possible page colors
5158          * and the other with pages of the other colors.
5159          */
5160         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5161
5162         return batch;
5163
5164 #else
5165         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5166          * conditions.
5167          *
5168          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5169          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5170          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5171          *
5172          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5173          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5174          * can be a significant delay between the individual batches being
5175          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5176          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5177          */
5178         return 0;
5179 #endif
5180 }
5181
5182 /*
5183  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5184  * ->batch must never be higher then ->high.
5185  * The following function updates them in a safe manner without read side
5186  * locking.
5187  *
5188  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5189  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5190  *
5191  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5192  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5193  * exist).
5194  */
5195 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5196                 unsigned long batch)
5197 {
5198        /* start with a fail safe value for batch */
5199         pcp->batch = 1;
5200         smp_wmb();
5201
5202        /* Update high, then batch, in order */
5203         pcp->high = high;
5204         smp_wmb();
5205
5206         pcp->batch = batch;
5207 }
5208
5209 /* a companion to pageset_set_high() */
5210 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5211 {
5212         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5213 }
5214
5215 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5216 {
5217         struct per_cpu_pages *pcp;
5218         int migratetype;
5219
5220         memset(p, 0, sizeof(*p));
5221
5222         pcp = &p->pcp;
5223         pcp->count = 0;
5224         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5225                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5226 }
5227
5228 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5229 {
5230         pageset_init(p);
5231         pageset_set_batch(p, batch);
5232 }
5233
5234 /*
5235  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5236  * to the value high for the pageset p.
5237  */
5238 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5239                                 unsigned long high)
5240 {
5241         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5242         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5243                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5244
5245         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5246 }
5247
5248 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5249                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5250 {
5251         if (percpu_pagelist_fraction)
5252                 pageset_set_high(pcp,
5253                         (zone->managed_pages /
5254                                 percpu_pagelist_fraction));
5255         else
5256                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5257 }
5258
5259 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5260 {
5261         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5262
5263         pageset_init(pcp);
5264         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5265 }
5266
5267 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5268 {
5269         int cpu;
5270         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5271         for_each_possible_cpu(cpu)
5272                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5273 }
5274
5275 /*
5276  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5277  * Before this call only boot pagesets were available.
5278  */
5279 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5280 {
5281         struct pglist_data *pgdat;
5282         struct zone *zone;
5283
5284         for_each_populated_zone(zone)
5285                 setup_zone_pageset(zone);
5286
5287         for_each_online_pgdat(pgdat)
5288                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5289                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5290 }
5291
5292 static noinline __ref
5293 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
5294 {
5295         int i;
5296         size_t alloc_size;
5297
5298         /*
5299          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
5300          * per zone.
5301          */
5302         zone->wait_table_hash_nr_entries =
5303                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
5304         zone->wait_table_bits =
5305                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
5306         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
5307                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
5308
5309         if (!slab_is_available()) {
5310                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
5311                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
5312                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
5313         } else {
5314                 /*
5315                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
5316                  * via memory hot-add.
5317                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
5318                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
5319                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
5320                  * node itself as well.
5321                  * To use this new node's memory, further consideration will be
5322                  * necessary.
5323                  */
5324                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
5325         }
5326         if (!zone->wait_table)
5327                 return -ENOMEM;
5328
5329         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
5330                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
5331
5332         return 0;
5333 }
5334
5335 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5336 {
5337         /*
5338          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5339          * relies on the ability of the linker to provide the
5340          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5341          */
5342         zone->pageset = &boot_pageset;
5343
5344         if (populated_zone(zone))
5345                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5346                         zone->name, zone->present_pages,
5347                                          zone_batchsize(zone));
5348 }
5349
5350 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5351                                         unsigned long zone_start_pfn,
5352                                         unsigned long size)
5353 {
5354         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5355         int ret;
5356         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5357         if (ret)
5358                 return ret;
5359         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5360
5361         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5362
5363         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5364                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5365                         pgdat->node_id,
5366                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5367                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5368
5369         zone_init_free_lists(zone);
5370
5371         return 0;
5372 }
5373
5374 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5375 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5376
5377 /*
5378  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5379  */
5380 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5381                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5382 {
5383         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5384         int nid;
5385
5386         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5387                 return state->last_nid;
5388
5389         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5390         if (nid != -1) {
5391                 state->last_start = start_pfn;
5392                 state->last_end = end_pfn;
5393                 state->last_nid = nid;
5394         }
5395
5396         return nid;
5397 }
5398 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5399
5400 /**
5401  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5402  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5403  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5404  *
5405  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5406  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5407  * memblock_free_early_nid() manually.
5408  */
5409 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5410 {
5411         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5412         int i, this_nid;
5413
5414         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5415                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5416                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5417
5418                 if (start_pfn < end_pfn)
5419                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5420                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5421                                         this_nid);
5422         }
5423 }
5424
5425 /**
5426  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5427  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5428  *
5429  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5430  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5431  */
5432 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5433 {
5434         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5435         int i, this_nid;
5436
5437         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5438                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5439 }
5440
5441 /**
5442  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5443  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5444  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5445  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5446  *
5447  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5448  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5449  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5450  * PFNs will be 0.
5451  */
5452 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5453                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5454 {
5455         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5456         int i;
5457
5458         *start_pfn = -1UL;
5459         *end_pfn = 0;
5460
5461         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5462                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5463                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5464         }
5465
5466         if (*start_pfn == -1UL)
5467                 *start_pfn = 0;
5468 }
5469
5470 /*
5471  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5472  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5473  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5474  */
5475 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5476 {
5477         int zone_index;
5478         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5479                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5480                         continue;
5481
5482                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5483                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5484                         break;
5485         }
5486
5487         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5488         movable_zone = zone_index;
5489 }
5490
5491 /*
5492  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5493  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5494  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5495  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5496  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5497  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5498  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5499  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5500  */
5501 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5502                                         unsigned long zone_type,
5503                                         unsigned long node_start_pfn,
5504                                         unsigned long node_end_pfn,
5505                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5506                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5507 {
5508         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5509         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5510                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5511                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5512                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5513                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5514                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5515
5516                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5517                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5518                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5519                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5520                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5521
5522                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5523                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5524                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5525         }
5526 }
5527
5528 /*
5529  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5530  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5531  */
5532 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5533                                         unsigned long zone_type,
5534                                         unsigned long node_start_pfn,
5535                                         unsigned long node_end_pfn,
5536                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5537                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5538                                         unsigned long *ignored)
5539 {
5540         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5541         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5542                 return 0;
5543
5544         /* Get the start and end of the zone */
5545         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5546         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5547         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5548                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5549                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5550
5551         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5552         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5553                 return 0;
5554
5555         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5556         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5557         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5558
5559         /* Return the spanned pages */
5560         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5561 }
5562
5563 /*
5564  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5565  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5566  */
5567 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5568                                 unsigned long range_start_pfn,
5569                                 unsigned long range_end_pfn)
5570 {
5571         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5572         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5573         int i;
5574
5575         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5576                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5577                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5578                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5579         }
5580         return nr_absent;
5581 }
5582
5583 /**
5584  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5585  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5586  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5587  *
5588  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5589  */
5590 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5591                                                         unsigned long end_pfn)
5592 {
5593         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5594 }
5595
5596 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5597 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5598                                         unsigned long zone_type,
5599                                         unsigned long node_start_pfn,
5600                                         unsigned long node_end_pfn,
5601                                         unsigned long *ignored)
5602 {
5603         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5604         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5605         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5606         unsigned long nr_absent;
5607
5608         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5609         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5610                 return 0;
5611
5612         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5613         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5614
5615         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5616                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5617                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5618         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5619
5620         /*
5621          * ZONE_MOVABLE handling.
5622          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5623          * and vice versa.
5624          */
5625         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5626                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5627                 struct memblock_region *r;
5628
5629                 for_each_memblock(memory, r) {
5630                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5631                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5632                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5633                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5634
5635                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5636                             memblock_is_mirror(r))
5637                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5638
5639                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5640                             !memblock_is_mirror(r))
5641                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5642                 }
5643         }
5644
5645         return nr_absent;
5646 }
5647
5648 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5649 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5650                                         unsigned long zone_type,
5651                                         unsigned long node_start_pfn,
5652                                         unsigned long node_end_pfn,
5653                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5654                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5655                                         unsigned long *zones_size)
5656 {
5657         unsigned int zone;
5658
5659         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5660         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5661                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5662
5663         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5664
5665         return zones_size[zone_type];
5666 }
5667
5668 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5669                                                 unsigned long zone_type,
5670                                                 unsigned long node_start_pfn,
5671                                                 unsigned long node_end_pfn,
5672                                                 unsigned long *zholes_size)
5673 {
5674         if (!zholes_size)
5675                 return 0;
5676
5677         return zholes_size[zone_type];
5678 }
5679
5680 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5681
5682 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5683                                                 unsigned long node_start_pfn,
5684                                                 unsigned long node_end_pfn,
5685                                                 unsigned long *zones_size,
5686                                                 unsigned long *zholes_size)
5687 {
5688         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5689         enum zone_type i;
5690
5691         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5692                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5693                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5694                 unsigned long size, real_size;
5695
5696                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5697                                                   node_start_pfn,
5698                                                   node_end_pfn,
5699                                                   &zone_start_pfn,
5700                                                   &zone_end_pfn,
5701                                                   zones_size);
5702                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5703                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5704                                                   zholes_size);
5705                 if (size)
5706                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5707                 else
5708                         zone->zone_start_pfn = 0;
5709                 zone->spanned_pages = size;
5710                 zone->present_pages = real_size;
5711
5712                 totalpages += size;
5713                 realtotalpages += real_size;
5714         }
5715
5716         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5717         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5718         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5719                                                         realtotalpages);
5720 }
5721
5722 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5723 /*
5724  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5725  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5726  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5727  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5728  * bytes.
5729  */
5730 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5731 {
5732         unsigned long usemapsize;
5733
5734         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5735         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5736         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5737         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5738         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5739
5740         return usemapsize / 8;
5741 }
5742
5743 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5744                                 struct zone *zone,
5745                                 unsigned long zone_start_pfn,
5746                                 unsigned long zonesize)
5747 {
5748         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5749         zone->pageblock_flags = NULL;
5750         if (usemapsize)
5751                 zone->pageblock_flags =
5752                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5753                                                          pgdat->node_id);
5754 }
5755 #else
5756 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5757                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5758 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5759
5760 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5761
5762 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5763 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5764 {
5765         unsigned int order;
5766
5767         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5768         if (pageblock_order)
5769                 return;
5770
5771         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5772                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5773         else
5774                 order = MAX_ORDER - 1;
5775
5776         /*
5777          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5778          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5779          * powerpc.
5780          */
5781         pageblock_order = order;
5782 }
5783 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5784
5785 /*
5786  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5787  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5788  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5789  * the kernel config
5790  */
5791 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5792 {
5793 }
5794
5795 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5796
5797 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5798                                                    unsigned long present_pages)
5799 {
5800         unsigned long pages = spanned_pages;
5801
5802         /*
5803          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5804          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5805          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5806          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5807          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5808          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5809          */
5810         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5811             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5812                 pages = present_pages;
5813
5814         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5815 }
5816
5817 /*
5818  * Set up the zone data structures:
5819  *   - mark all pages reserved
5820  *   - mark all memory queues empty
5821  *   - clear the memory bitmaps
5822  *
5823  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5824  */
5825 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5826 {
5827         enum zone_type j;
5828         int nid = pgdat->node_id;
5829         int ret;
5830
5831         pgdat_resize_init(pgdat);
5832 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5833         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5834         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5835         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5836 #endif
5837 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5838         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5839         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5840         pgdat->split_queue_len = 0;
5841 #endif
5842         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5843         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5844 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5845         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5846 #endif
5847         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5848         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
5849         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
5850
5851         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5852                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5853                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5854                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5855
5856                 size = zone->spanned_pages;
5857                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5858
5859                 /*
5860                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5861                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5862                  * and per-cpu initialisations
5863                  */
5864                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5865                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5866                         if (freesize >= memmap_pages) {
5867                                 freesize -= memmap_pages;
5868                                 if (memmap_pages)
5869                                         printk(KERN_DEBUG
5870                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5871                                                zone_names[j], memmap_pages);
5872                         } else
5873                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5874                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5875                 }
5876
5877                 /* Account for reserved pages */
5878                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5879                         freesize -= dma_reserve;
5880                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5881                                         zone_names[0], dma_reserve);
5882                 }
5883
5884                 if (!is_highmem_idx(j))
5885                         nr_kernel_pages += freesize;
5886                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5887                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5888                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5889                 nr_all_pages += freesize;
5890
5891                 /*
5892                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5893                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5894                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5895                  */
5896                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5897 #ifdef CONFIG_NUMA
5898                 zone->node = nid;
5899 #endif
5900                 zone->name = zone_names[j];
5901                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5902                 spin_lock_init(&zone->lock);
5903                 zone_seqlock_init(zone);
5904                 zone_pcp_init(zone);
5905
5906                 if (!size)
5907                         continue;
5908
5909                 set_pageblock_order();
5910                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5911                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5912                 BUG_ON(ret);
5913                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5914         }
5915 }
5916
5917 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5918 {
5919         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5920         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5921
5922         /* Skip empty nodes */
5923         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5924                 return;
5925
5926 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5927         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5928         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5929         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5930         if (!pgdat->node_mem_map) {
5931                 unsigned long size, end;
5932                 struct page *map;
5933
5934                 /*
5935                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5936                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5937                  * for the buddy allocator to function correctly.
5938                  */
5939                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5940                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5941                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5942                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5943                 if (!map)
5944                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5945                                                                pgdat->node_id);
5946                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5947         }
5948 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5949         /*
5950          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5951          */
5952         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5953                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5954 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5955                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5956                         mem_map -= offset;
5957 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5958         }
5959 #endif
5960 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5961 }
5962
5963 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5964                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5965 {
5966         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5967         unsigned long start_pfn = 0;
5968         unsigned long end_pfn = 0;
5969
5970         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5971         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
5972
5973         reset_deferred_meminit(pgdat);
5974         pgdat->node_id = nid;
5975         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5976         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
5977 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5978         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5979         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5980                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5981                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5982 #else
5983         start_pfn = node_start_pfn;
5984 #endif
5985         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5986                                   zones_size, zholes_size);
5987
5988         alloc_node_mem_map(pgdat);
5989 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5990         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5991                 nid, (unsigned long)pgdat,
5992                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5993 #endif
5994
5995         free_area_init_core(pgdat);
5996 }
5997
5998 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5999
6000 #if MAX_NUMNODES > 1
6001 /*
6002  * Figure out the number of possible node ids.
6003  */
6004 void __init setup_nr_node_ids(void)
6005 {
6006         unsigned int highest;
6007
6008         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6009         nr_node_ids = highest + 1;
6010 }
6011 #endif
6012
6013 /**
6014  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6015  *
6016  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6017  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6018  * all the nodes.
6019  *
6020  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6021  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6022  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6023  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6024  *
6025  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6026  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6027  * populated node map.
6028  *
6029  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6030  * requirement (single node).
6031  */
6032 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6033 {
6034         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6035         unsigned long start, end, mask;
6036         int last_nid = -1;
6037         int i, nid;
6038
6039         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6040                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6041                         last_nid = nid;
6042                         last_end = end;
6043                         continue;
6044                 }
6045
6046                 /*
6047                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6048                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6049                  * too coarse to separate the current node from the last.
6050                  */
6051                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6052                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6053                         mask <<= 1;
6054
6055                 /* accumulate all internode masks */
6056                 accl_mask |= mask;
6057         }
6058
6059         /* convert mask to number of pages */
6060         return ~accl_mask + 1;
6061 }
6062
6063 /* Find the lowest pfn for a node */
6064 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6065 {
6066         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6067         unsigned long start_pfn;
6068         int i;
6069
6070         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6071                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6072
6073         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6074                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6075                 return 0;
6076         }
6077
6078         return min_pfn;
6079 }
6080
6081 /**
6082  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6083  *
6084  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6085  * memblock_set_node().
6086  */
6087 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6088 {
6089         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6090 }
6091
6092 /*
6093  * early_calculate_totalpages()
6094  * Sum pages in active regions for movable zone.
6095  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6096  */
6097 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6098 {
6099         unsigned long totalpages = 0;
6100         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6101         int i, nid;
6102
6103         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6104                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6105
6106                 totalpages += pages;
6107                 if (pages)
6108                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6109         }
6110         return totalpages;
6111 }
6112
6113 /*
6114  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6115  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6116  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6117  * others
6118  */
6119 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6120 {
6121         int i, nid;
6122         unsigned long usable_startpfn;
6123         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6124         /* save the state before borrow the nodemask */
6125         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6126         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6127         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6128         struct memblock_region *r;
6129
6130         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6131         find_usable_zone_for_movable();
6132
6133         /*
6134          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6135          * options.
6136          */
6137         if (movable_node_is_enabled()) {
6138                 for_each_memblock(memory, r) {
6139                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6140                                 continue;
6141
6142                         nid = r->nid;
6143
6144                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6145                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6146                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6147                                 usable_startpfn;
6148                 }
6149
6150                 goto out2;
6151         }
6152
6153         /*
6154          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6155          */
6156         if (mirrored_kernelcore) {
6157                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6158
6159                 for_each_memblock(memory, r) {
6160                         if (memblock_is_mirror(r))
6161                                 continue;
6162
6163                         nid = r->nid;
6164
6165                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6166
6167                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6168                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6169                                 continue;
6170                         }
6171
6172                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6173                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6174                                 usable_startpfn;
6175                 }
6176
6177                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6178                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6179
6180                 goto out2;
6181         }
6182
6183         /*
6184          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6185          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6186          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6187          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6188          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6189          * what movablecore would have allowed.
6190          */
6191         if (required_movablecore) {
6192                 unsigned long corepages;
6193
6194                 /*
6195                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6196                  * was requested by the user
6197                  */
6198                 required_movablecore =
6199                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6200                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6201                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6202
6203                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6204         }
6205
6206         /*
6207          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6208          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6209          */
6210         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6211                 goto out;
6212
6213         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6214         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6215
6216 restart:
6217         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6218         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6219         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6220                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6221
6222                 /*
6223                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6224                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6225                  * amount of memory for the kernel
6226                  */
6227                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6228                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6229
6230                 /*
6231                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6232                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6233                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6234                  */
6235                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6236
6237                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6238                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6239                         unsigned long size_pages;
6240
6241                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6242                         if (start_pfn >= end_pfn)
6243                                 continue;
6244
6245                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6246                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6247                                 unsigned long kernel_pages;
6248                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6249                                                                 - start_pfn;
6250
6251                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6252                                                         kernelcore_remaining);
6253                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6254                                                         required_kernelcore);
6255
6256                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6257                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6258
6259                                         /*
6260                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6261                                          * that if we have to rebalance
6262                                          * kernelcore across nodes, we will
6263                                          * not double account here
6264                                          */
6265                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6266                                         continue;
6267                                 }
6268                                 start_pfn = usable_startpfn;
6269                         }
6270
6271                         /*
6272                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6273                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6274                          * number of pages used as kernelcore
6275                          */
6276                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6277                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6278                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6279                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6280
6281                         /*
6282                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6283                          * break if the kernelcore for this node has been
6284                          * satisfied
6285                          */
6286                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6287                                                                 size_pages);
6288                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6289                         if (!kernelcore_remaining)
6290                                 break;
6291                 }
6292         }
6293
6294         /*
6295          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6296          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6297          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6298          * satisfied
6299          */
6300         usable_nodes--;
6301         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6302                 goto restart;
6303
6304 out2:
6305         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6306         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6307                 zone_movable_pfn[nid] =
6308                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6309
6310 out:
6311         /* restore the node_state */
6312         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6313 }
6314
6315 /* Any regular or high memory on that node ? */
6316 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6317 {
6318         enum zone_type zone_type;
6319
6320         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6321                 return;
6322
6323         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6324                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6325                 if (populated_zone(zone)) {
6326                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6327                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6328                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6329                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6330                         break;
6331                 }
6332         }
6333 }
6334
6335 /**
6336  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6337  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6338  *
6339  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6340  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6341  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6342  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6343  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6344  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6345  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6346  * at arch_max_dma_pfn.
6347  */
6348 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6349 {
6350         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6351         int i, nid;
6352
6353         /* Record where the zone boundaries are */
6354         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6355                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6356         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6357                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6358
6359         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6360
6361         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6362                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6363                         continue;
6364
6365                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6366                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6367                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6368
6369                 start_pfn = end_pfn;
6370         }
6371         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6372         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6373
6374         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6375         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6376         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6377
6378         /* Print out the zone ranges */
6379         pr_info("Zone ranges:\n");
6380         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6381                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6382                         continue;
6383                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6384                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6385                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6386                         pr_cont("empty\n");
6387                 else
6388                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6389                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6390                                         << PAGE_SHIFT,
6391                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6392                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6393         }
6394
6395         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6396         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6397         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6398                 if (zone_movable_pfn[i])
6399                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6400                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6401         }
6402
6403         /* Print out the early node map */
6404         pr_info("Early memory node ranges\n");
6405         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6406                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6407                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6408                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6409
6410         /* Initialise every node */
6411         mminit_verify_pageflags_layout();
6412         setup_nr_node_ids();
6413         for_each_online_node(nid) {
6414                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6415                 free_area_init_node(nid, NULL,
6416                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6417
6418                 /* Any memory on that node */
6419                 if (pgdat->node_present_pages)
6420                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6421                 check_for_memory(pgdat, nid);
6422         }
6423 }
6424
6425 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6426 {
6427         unsigned long long coremem;
6428         if (!p)
6429                 return -EINVAL;
6430
6431         coremem = memparse(p, &p);
6432         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6433
6434         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6435         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6436
6437         return 0;
6438 }
6439
6440 /*
6441  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6442  * cannot be reclaimed or migrated.
6443  */
6444 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6445 {
6446         /* parse kernelcore=mirror */
6447         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6448                 mirrored_kernelcore = true;
6449                 return 0;
6450         }
6451
6452         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6453 }
6454
6455 /*
6456  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6457  * can be reclaimed or migrated.
6458  */
6459 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6460 {
6461         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6462 }
6463
6464 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6465 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6466
6467 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6468
6469 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6470 {
6471         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6472         page_zone(page)->managed_pages += count;
6473         totalram_pages += count;
6474 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6475         if (PageHighMem(page))
6476                 totalhigh_pages += count;
6477 #endif
6478         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6479 }
6480 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6481
6482 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6483 {
6484         void *pos;
6485         unsigned long pages = 0;
6486
6487         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6488         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6489         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6490                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6491                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6492                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6493         }
6494
6495         if (pages && s)
6496                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6497                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6498
6499         return pages;
6500 }
6501 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6502
6503 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6504 void free_highmem_page(struct page *page)
6505 {
6506         __free_reserved_page(page);
6507         totalram_pages++;
6508         page_zone(page)->managed_pages++;
6509         totalhigh_pages++;
6510 }
6511 #endif
6512
6513
6514 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6515 {
6516         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6517         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6518
6519         physpages = get_num_physpages();
6520         codesize = _etext - _stext;
6521         datasize = _edata - _sdata;
6522         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6523         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6524         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6525         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6526
6527         /*
6528          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6529          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6530          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6531          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6532          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6533          */
6534 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6535         do { \
6536                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6537                         size -= adj; \
6538         } while (0)
6539
6540         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6541                      _sinittext, init_code_size);
6542         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6543         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6544         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6545         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6546
6547 #undef  adj_init_size
6548
6549         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6550 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6551                 ", %luK highmem"
6552 #endif
6553                 "%s%s)\n",
6554                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6555                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6556                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6557                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6558                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6559                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6560 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6561                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6562 #endif
6563                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6564 }
6565
6566 /**
6567  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6568  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6569  *
6570  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6571  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6572  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6573  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6574  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6575  * smaller per-cpu batchsize.
6576  */
6577 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6578 {
6579         dma_reserve = new_dma_reserve;
6580 }
6581
6582 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6583 {
6584         free_area_init_node(0, zones_size,
6585                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6586 }
6587
6588 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6589                                  unsigned long action, void *hcpu)
6590 {
6591         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6592
6593         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6594                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6595                 drain_pages(cpu);
6596
6597                 /*
6598                  * Spill the event counters of the dead processor
6599                  * into the current processors event counters.
6600                  * This artificially elevates the count of the current
6601                  * processor.
6602                  */
6603                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6604
6605                 /*
6606                  * Zero the differential counters of the dead processor
6607                  * so that the vm statistics are consistent.
6608                  *
6609                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6610                  * race with what we are doing.
6611                  */
6612                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6613         }
6614         return NOTIFY_OK;
6615 }
6616
6617 void __init page_alloc_init(void)
6618 {
6619         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6620 }
6621
6622 /*
6623  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6624  *      or min_free_kbytes changes.
6625  */
6626 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6627 {
6628         struct pglist_data *pgdat;
6629         unsigned long reserve_pages = 0;
6630         enum zone_type i, j;
6631
6632         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6633
6634                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6635
6636                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6637                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6638                         long max = 0;
6639
6640                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6641                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6642                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6643                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6644                         }
6645
6646                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6647                         max += high_wmark_pages(zone);
6648
6649                         if (max > zone->managed_pages)
6650                                 max = zone->managed_pages;
6651
6652                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6653
6654                         reserve_pages += max;
6655                 }
6656         }
6657         totalreserve_pages = reserve_pages;
6658 }
6659
6660 /*
6661  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6662  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6663  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6664  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6665  */
6666 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6667 {
6668         struct pglist_data *pgdat;
6669         enum zone_type j, idx;
6670
6671         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6672                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6673                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6674                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6675
6676                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6677
6678                         idx = j;
6679                         while (idx) {
6680                                 struct zone *lower_zone;
6681
6682                                 idx--;
6683
6684                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6685                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6686
6687                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6688                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6689                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6690                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6691                         }
6692                 }
6693         }
6694
6695         /* update totalreserve_pages */
6696         calculate_totalreserve_pages();
6697 }
6698
6699 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6700 {
6701         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6702         unsigned long lowmem_pages = 0;
6703         struct zone *zone;
6704         unsigned long flags;
6705
6706         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6707         for_each_zone(zone) {
6708                 if (!is_highmem(zone))
6709                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6710         }
6711
6712         for_each_zone(zone) {
6713                 u64 tmp;
6714
6715                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6716                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6717                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6718                 if (is_highmem(zone)) {
6719                         /*
6720                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6721                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6722                          * value here.
6723                          *
6724                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6725                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6726                          * not be capped for highmem.
6727                          */
6728                         unsigned long min_pages;
6729
6730                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6731                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6732                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6733                 } else {
6734                         /*
6735                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6736                          * proportionate to the zone's size.
6737                          */
6738                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6739                 }
6740
6741                 /*
6742                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6743                  * scale factor in proportion to available memory, but
6744                  * ensure a minimum size on small systems.
6745                  */
6746                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6747                             mult_frac(zone->managed_pages,
6748                                       watermark_scale_factor, 10000));
6749
6750                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6751                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6752
6753                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6754         }
6755
6756         /* update totalreserve_pages */
6757         calculate_totalreserve_pages();
6758 }
6759
6760 /**
6761  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6762  * or when memory is hot-{added|removed}
6763  *
6764  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6765  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6766  */
6767 void setup_per_zone_wmarks(void)
6768 {
6769         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6770         __setup_per_zone_wmarks();
6771         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6772 }
6773
6774 /*
6775  * Initialise min_free_kbytes.
6776  *
6777  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6778  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6779  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6780  *
6781  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6782  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6783  *
6784  * which yields
6785  *
6786  * 16MB:        512k
6787  * 32MB:        724k
6788  * 64MB:        1024k
6789  * 128MB:       1448k
6790  * 256MB:       2048k
6791  * 512MB:       2896k
6792  * 1024MB:      4096k
6793  * 2048MB:      5792k
6794  * 4096MB:      8192k
6795  * 8192MB:      11584k
6796  * 16384MB:     16384k
6797  */
6798 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6799 {
6800         unsigned long lowmem_kbytes;
6801         int new_min_free_kbytes;
6802
6803         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6804         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6805
6806         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6807                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6808                 if (min_free_kbytes < 128)
6809                         min_free_kbytes = 128;
6810                 if (min_free_kbytes > 65536)
6811                         min_free_kbytes = 65536;
6812         } else {
6813                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6814                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6815         }
6816         setup_per_zone_wmarks();
6817         refresh_zone_stat_thresholds();
6818         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6819
6820 #ifdef CONFIG_NUMA
6821         setup_min_unmapped_ratio();
6822         setup_min_slab_ratio();
6823 #endif
6824
6825         return 0;
6826 }
6827 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6828
6829 /*
6830  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6831  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6832  *      changes.
6833  */
6834 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6835         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6836 {
6837         int rc;
6838
6839         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6840         if (rc)
6841                 return rc;
6842
6843         if (write) {
6844                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6845                 setup_per_zone_wmarks();
6846         }
6847         return 0;
6848 }
6849
6850 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6851         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6852 {
6853         int rc;
6854
6855         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6856         if (rc)
6857                 return rc;
6858
6859         if (write)
6860                 setup_per_zone_wmarks();
6861
6862         return 0;
6863 }
6864
6865 #ifdef CONFIG_NUMA
6866 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6867 {
6868         pg_data_t *pgdat;
6869         struct zone *zone;
6870
6871         for_each_online_pgdat(pgdat)
6872                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6873
6874         for_each_zone(zone)
6875                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
6876                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6877 }
6878
6879
6880 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6881         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6882 {
6883         int rc;
6884
6885         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6886         if (rc)
6887                 return rc;
6888
6889         setup_min_unmapped_ratio();
6890
6891         return 0;
6892 }
6893
6894 static void setup_min_slab_ratio(void)
6895 {
6896         pg_data_t *pgdat;
6897         struct zone *zone;
6898
6899         for_each_online_pgdat(pgdat)
6900                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6901
6902         for_each_zone(zone)
6903                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
6904                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6905 }
6906
6907 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6908         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6909 {
6910         int rc;
6911
6912         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6913         if (rc)
6914                 return rc;
6915
6916         setup_min_slab_ratio();
6917
6918         return 0;
6919 }
6920 #endif
6921
6922 /*
6923  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6924  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6925  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6926  *
6927  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6928  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6929  * if in function of the boot time zone sizes.
6930  */
6931 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6932         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6933 {
6934         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6935         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6936         return 0;
6937 }
6938
6939 /*
6940  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6941  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6942  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6943  */
6944 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6945         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6946 {
6947         struct zone *zone;
6948         int old_percpu_pagelist_fraction;
6949         int ret;
6950
6951         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6952         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6953
6954         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6955         if (!write || ret < 0)
6956                 goto out;
6957
6958         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6959         if (percpu_pagelist_fraction &&
6960             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6961                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6962                 ret = -EINVAL;
6963                 goto out;
6964         }
6965
6966         /* No change? */
6967         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6968                 goto out;
6969
6970         for_each_populated_zone(zone) {
6971                 unsigned int cpu;
6972
6973                 for_each_possible_cpu(cpu)
6974                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6975                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6976         }
6977 out:
6978         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6979         return ret;
6980 }
6981
6982 #ifdef CONFIG_NUMA
6983 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6984
6985 static int __init set_hashdist(char *str)
6986 {
6987         if (!str)
6988                 return 0;
6989         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6990         return 1;
6991 }
6992 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6993 #endif
6994
6995 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
6996 /*
6997  * Returns the number of pages that arch has reserved but
6998  * is not known to alloc_large_system_hash().
6999  */
7000 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7001 {
7002         return 0;
7003 }
7004 #endif
7005
7006 /*
7007  * allocate a large system hash table from bootmem
7008  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7009  *   quantity of entries
7010  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7011  */
7012 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7013                                      unsigned long bucketsize,
7014                                      unsigned long numentries,
7015                                      int scale,
7016                                      int flags,
7017                                      unsigned int *_hash_shift,
7018                                      unsigned int *_hash_mask,
7019                                      unsigned long low_limit,
7020                                      unsigned long high_limit)
7021 {
7022         unsigned long long max = high_limit;
7023         unsigned long log2qty, size;
7024         void *table = NULL;
7025
7026         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7027         if (!numentries) {
7028                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7029                 numentries = nr_kernel_pages;
7030                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7031
7032                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7033                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7034                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7035
7036                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7037                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7038                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7039                 else
7040                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7041
7042                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7043                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7044                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7045                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7046                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7047                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7048                                 BUG_ON(!numentries);
7049                         }
7050                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7051                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7052         }
7053         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7054
7055         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7056         if (max == 0) {
7057                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7058                 do_div(max, bucketsize);
7059         }
7060         max = min(max, 0x80000000ULL);
7061
7062         if (numentries < low_limit)
7063                 numentries = low_limit;
7064         if (numentries > max)
7065                 numentries = max;
7066
7067         log2qty = ilog2(numentries);
7068
7069         do {
7070                 size = bucketsize << log2qty;
7071                 if (flags & HASH_EARLY)
7072                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7073                 else if (hashdist)
7074                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7075                 else {
7076                         /*
7077                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7078                          * some pages at the end of hash table which
7079                          * alloc_pages_exact() automatically does
7080                          */
7081                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7082                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7083                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7084                         }
7085                 }
7086         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7087
7088         if (!table)
7089                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7090
7091         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7092                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7093
7094         if (_hash_shift)
7095                 *_hash_shift = log2qty;
7096         if (_hash_mask)
7097                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7098
7099         return table;
7100 }
7101
7102 /*
7103  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7104  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7105  *
7106  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7107  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7108  * expect this function should be exact.
7109  */
7110 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7111                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7112 {
7113         unsigned long pfn, iter, found;
7114         int mt;
7115
7116         /*
7117          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7118          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7119          */
7120         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7121                 return false;
7122         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7123         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7124                 return false;
7125
7126         pfn = page_to_pfn(page);
7127         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7128                 unsigned long check = pfn + iter;
7129
7130                 if (!pfn_valid_within(check))
7131                         continue;
7132
7133                 page = pfn_to_page(check);
7134
7135                 /*
7136                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7137                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7138                  * handle each tail page individually in migration.
7139                  */
7140                 if (PageHuge(page)) {
7141                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7142                         continue;
7143                 }
7144
7145                 /*
7146                  * We can't use page_count without pin a page
7147                  * because another CPU can free compound page.
7148                  * This check already skips compound tails of THP
7149                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7150                  */
7151                 if (!page_ref_count(page)) {
7152                         if (PageBuddy(page))
7153                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7154                         continue;
7155                 }
7156
7157                 /*
7158                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7159                  * page_count() is not 0.
7160                  */
7161                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7162                         continue;
7163
7164                 if (!PageLRU(page))
7165                         found++;
7166                 /*
7167                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7168                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7169                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7170                  */
7171                 /*
7172                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7173                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7174                  *
7175                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7176                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7177                  * page at boot.
7178                  */
7179                 if (found > count)
7180                         return true;
7181         }
7182         return false;
7183 }
7184
7185 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7186 {
7187         struct zone *zone;
7188         unsigned long pfn;
7189
7190         /*
7191          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7192          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7193          * the zone but still within the section.
7194          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7195          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7196          */
7197         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7198                 return false;
7199
7200         zone = page_zone(page);
7201         pfn = page_to_pfn(page);
7202         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7203                 return false;
7204
7205         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7206 }
7207
7208 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7209
7210 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7211 {
7212         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7213                              pageblock_nr_pages) - 1);
7214 }
7215
7216 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7217 {
7218         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7219                                 pageblock_nr_pages));
7220 }
7221
7222 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7223 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7224                                         unsigned long start, unsigned long end)
7225 {
7226         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7227         unsigned long nr_reclaimed;
7228         unsigned long pfn = start;
7229         unsigned int tries = 0;
7230         int ret = 0;
7231
7232         migrate_prep();
7233
7234         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7235                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7236                         ret = -EINTR;
7237                         break;
7238                 }
7239
7240                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7241                         cc->nr_migratepages = 0;
7242                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7243                         if (!pfn) {
7244                                 ret = -EINTR;
7245                                 break;
7246                         }
7247                         tries = 0;
7248                 } else if (++tries == 5) {
7249                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7250                         break;
7251                 }
7252
7253                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7254                                                         &cc->migratepages);
7255                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7256
7257                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7258                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7259         }
7260         if (ret < 0) {
7261                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7262                 return ret;
7263         }
7264         return 0;
7265 }
7266
7267 /**
7268  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7269  * @start:      start PFN to allocate
7270  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7271  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7272  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7273  *                      in range must have the same migratetype and it must
7274  *                      be either of the two.
7275  *
7276  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7277  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7278  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7279  * pages fall in.
7280  *
7281  * The PFN range must belong to a single zone.
7282  *
7283  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7284  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7285  * need to be freed with free_contig_range().
7286  */
7287 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7288                        unsigned migratetype)
7289 {
7290         unsigned long outer_start, outer_end;
7291         unsigned int order;
7292         int ret = 0;
7293
7294         struct compact_control cc = {
7295                 .nr_migratepages = 0,
7296                 .order = -1,
7297                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7298                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7299                 .ignore_skip_hint = true,
7300         };
7301         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7302
7303         /*
7304          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7305          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7306          * have different sizes, and due to the way page allocator
7307          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7308          * that page allocator won't try to merge buddies from
7309          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7310          * other migration type.
7311          *
7312          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7313          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7314          * we are interested in).  This will put all the pages in
7315          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7316          *
7317          * When this is done, we take the pages in range from page
7318          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7319          * page allocator will never consider using them.
7320          *
7321          * This lets us mark the pageblocks back as
7322          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7323          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7324          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7325          */
7326
7327         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7328                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7329                                        false);
7330         if (ret)
7331                 return ret;
7332
7333         /*
7334          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7335          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7336          */
7337         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7338         if (ret && ret != -EBUSY)
7339                 goto done;
7340
7341         /*
7342          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7343          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7344          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7345          * What we are going to do is to allocate all pages from
7346          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7347          *
7348          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7349          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7350          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7351          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7352          * once this is done free the pages we are not interested in.
7353          *
7354          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7355          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7356          */
7357
7358         lru_add_drain_all();
7359         drain_all_pages(cc.zone);
7360
7361         order = 0;
7362         outer_start = start;
7363         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7364                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7365                         outer_start = start;
7366                         break;
7367                 }
7368                 outer_start &= ~0UL << order;
7369         }
7370
7371         if (outer_start != start) {
7372                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7373
7374                 /*
7375                  * outer_start page could be small order buddy page and
7376                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7377                  * in this case to report failed page properly
7378                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7379                  */
7380                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7381                         outer_start = start;
7382         }
7383
7384         /* Make sure the range is really isolated. */
7385         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7386                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7387                         __func__, outer_start, end);
7388                 ret = -EBUSY;
7389                 goto done;
7390         }
7391
7392         /* Grab isolated pages from freelists. */
7393         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7394         if (!outer_end) {
7395                 ret = -EBUSY;
7396                 goto done;
7397         }
7398
7399         /* Free head and tail (if any) */
7400         if (start != outer_start)
7401                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7402         if (end != outer_end)
7403                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7404
7405 done:
7406         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7407                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7408         return ret;
7409 }
7410
7411 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7412 {
7413         unsigned int count = 0;
7414
7415         for (; nr_pages--; pfn++) {
7416                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7417
7418                 count += page_count(page) != 1;
7419                 __free_page(page);
7420         }
7421         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7422 }
7423 #endif
7424
7425 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7426 /*
7427  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7428  * page high values need to be recalulated.
7429  */
7430 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7431 {
7432         unsigned cpu;
7433         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7434         for_each_possible_cpu(cpu)
7435                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7436                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7437         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7438 }
7439 #endif
7440
7441 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7442 {
7443         unsigned long flags;
7444         int cpu;
7445         struct per_cpu_pageset *pset;
7446
7447         /* avoid races with drain_pages()  */
7448         local_irq_save(flags);
7449         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7450                 for_each_online_cpu(cpu) {
7451                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7452                         drain_zonestat(zone, pset);
7453                 }
7454                 free_percpu(zone->pageset);
7455                 zone->pageset = &boot_pageset;
7456         }
7457         local_irq_restore(flags);
7458 }
7459
7460 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7461 /*
7462  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7463  * before calling this.
7464  */
7465 void
7466 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7467 {
7468         struct page *page;
7469         struct zone *zone;
7470         unsigned int order, i;
7471         unsigned long pfn;
7472         unsigned long flags;
7473         /* find the first valid pfn */
7474         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7475                 if (pfn_valid(pfn))
7476                         break;
7477         if (pfn == end_pfn)
7478                 return;
7479         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7480         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7481         pfn = start_pfn;
7482         while (pfn < end_pfn) {
7483                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7484                         pfn++;
7485                         continue;
7486                 }
7487                 page = pfn_to_page(pfn);
7488                 /*
7489                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7490                  * page_count() is not 0.
7491                  */
7492                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7493                         pfn++;
7494                         SetPageReserved(page);
7495                         continue;
7496                 }
7497
7498                 BUG_ON(page_count(page));
7499                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7500                 order = page_order(page);
7501 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7502                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7503                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7504 #endif
7505                 list_del(&page->lru);
7506                 rmv_page_order(page);
7507                 zone->free_area[order].nr_free--;
7508                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7509                         SetPageReserved((page+i));
7510                 pfn += (1 << order);
7511         }
7512         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7513 }
7514 #endif
7515
7516 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7517 {
7518         struct zone *zone = page_zone(page);
7519         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7520         unsigned long flags;
7521         unsigned int order;
7522
7523         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7524         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7525                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7526
7527                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7528                         break;
7529         }
7530         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7531
7532         return order < MAX_ORDER;
7533 }