mm/page_io.c: replace some BUG_ON()s with VM_BUG_ON_PAGE()
[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         int min_priority;
3167
3168         if (!order)
3169                 return false;
3170
3171         if (compaction_made_progress(compact_result))
3172                 (*compaction_retries)++;
3173
3174         /*
3175          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3176          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3177          * failure could be caused by insufficient priority
3178          */
3179         if (compaction_failed(compact_result))
3180                 goto check_priority;
3181
3182         /*
3183          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3184          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3185          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3186          * compaction.
3187          */
3188         if (compaction_withdrawn(compact_result))
3189                 return compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3190
3191         /*
3192          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3193          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3194          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3195          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3196          * would need much more detailed feedback from compaction to
3197          * make a better decision.
3198          */
3199         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3200                 max_retries /= 4;
3201         if (*compaction_retries <= max_retries)
3202                 return true;
3203
3204         /*
3205          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3206          * all retries or failed at the lower priorities.
3207          */
3208 check_priority:
3209         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3210                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3211         if (*compact_priority > min_priority) {
3212                 (*compact_priority)--;
3213                 *compaction_retries = 0;
3214                 return true;
3215         }
3216         return false;
3217 }
3218 #else
3219 static inline struct page *
3220 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3221                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3222                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3223 {
3224         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3225         return NULL;
3226 }
3227
3228 static inline bool
3229 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3230                      enum compact_result compact_result,
3231                      enum compact_priority *compact_priority,
3232                      int *compaction_retries)
3233 {
3234         struct zone *zone;
3235         struct zoneref *z;
3236
3237         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3238                 return false;
3239
3240         /*
3241          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3242          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3243          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3244          * watermarks are OK.
3245          */
3246         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3247                                         ac->nodemask) {
3248                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3249                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3250                         return true;
3251         }
3252         return false;
3253 }
3254 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3255
3256 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3257 static int
3258 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3259                                         const struct alloc_context *ac)
3260 {
3261         struct reclaim_state reclaim_state;
3262         int progress;
3263
3264         cond_resched();
3265
3266         /* We now go into synchronous reclaim */
3267         cpuset_memory_pressure_bump();
3268         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3269         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3270         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3271         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3272
3273         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3274                                                                 ac->nodemask);
3275
3276         current->reclaim_state = NULL;
3277         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3278         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3279
3280         cond_resched();
3281
3282         return progress;
3283 }
3284
3285 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3286 static inline struct page *
3287 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3288                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3289                 unsigned long *did_some_progress)
3290 {
3291         struct page *page = NULL;
3292         bool drained = false;
3293
3294         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3295         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3296                 return NULL;
3297
3298 retry:
3299         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3300
3301         /*
3302          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3303          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3304          * Shrink them them and try again
3305          */
3306         if (!page && !drained) {
3307                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3308                 drain_all_pages(NULL);
3309                 drained = true;
3310                 goto retry;
3311         }
3312
3313         return page;
3314 }
3315
3316 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3317 {
3318         struct zoneref *z;
3319         struct zone *zone;
3320         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3321
3322         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3323                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3324                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3325                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3326                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3327         }
3328 }
3329
3330 static inline unsigned int
3331 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3332 {
3333         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3334
3335         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3336         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3337
3338         /*
3339          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3340          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3341          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3342          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3343          */
3344         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3345
3346         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3347                 /*
3348                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3349                  * if it can't schedule.
3350                  */
3351                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3352                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3353                 /*
3354                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3355                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3356                  */
3357                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3358         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3359                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3360
3361 #ifdef CONFIG_CMA
3362         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3363                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3364 #endif
3365         return alloc_flags;
3366 }
3367
3368 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3369 {
3370         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3371                 return false;
3372
3373         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3374                 return true;
3375         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3376                 return true;
3377         if (!in_interrupt() &&
3378                         ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3379                          unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3380                 return true;
3381
3382         return false;
3383 }
3384
3385 /*
3386  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3387  * is consider as the only way to move forward.
3388  */
3389 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3390
3391 /*
3392  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3393  * for the given allocation request.
3394  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3395  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3396  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3397  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3398  * no_progress_loops).
3399  *
3400  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3401  */
3402 static inline bool
3403 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3404                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3405                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3406 {
3407         struct zone *zone;
3408         struct zoneref *z;
3409
3410         /*
3411          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3412          * their order will become available due to high fragmentation so
3413          * always increment the no progress counter for them
3414          */
3415         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3416                 *no_progress_loops = 0;
3417         else
3418                 (*no_progress_loops)++;
3419
3420         /*
3421          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3422          * several times in the row.
3423          */
3424         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3425                 return false;
3426
3427         /*
3428          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3429          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3430          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3431          * screwed and have to go OOM.
3432          */
3433         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3434                                         ac->nodemask) {
3435                 unsigned long available;
3436                 unsigned long reclaimable;
3437
3438                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3439                 available -= DIV_ROUND_UP((*no_progress_loops) * available,
3440                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3441                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3442
3443                 /*
3444                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3445                  * available?
3446                  */
3447                 if (__zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark_pages(zone),
3448                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available)) {
3449                         /*
3450                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3451                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3452                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3453                          * prevent from pre mature OOM
3454                          */
3455                         if (!did_some_progress) {
3456                                 unsigned long write_pending;
3457
3458                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3459                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3460
3461                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3462                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3463                                         return true;
3464                                 }
3465                         }
3466
3467                         /*
3468                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3469                          * context and the current implementation of the WQ
3470                          * concurrency control doesn't recognize that
3471                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3472                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3473                          * do a short sleep here rather than calling
3474                          * cond_resched().
3475                          */
3476                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3477                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3478                         else
3479                                 cond_resched();
3480
3481                         return true;
3482                 }
3483         }
3484
3485         return false;
3486 }
3487
3488 static inline struct page *
3489 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3490                                                 struct alloc_context *ac)
3491 {
3492         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3493         struct page *page = NULL;
3494         unsigned int alloc_flags;
3495         unsigned long did_some_progress;
3496         enum compact_priority compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3497         enum compact_result compact_result;
3498         int compaction_retries = 0;
3499         int no_progress_loops = 0;
3500
3501         /*
3502          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3503          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3504          * be using allocators in order of preference for an area that is
3505          * too large.
3506          */
3507         if (order >= MAX_ORDER) {
3508                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3509                 return NULL;
3510         }
3511
3512         /*
3513          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3514          * callers that are not in atomic context.
3515          */
3516         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3517                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3518                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3519
3520         /*
3521          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3522          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3523          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3524          */
3525         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3526
3527         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3528                 wake_all_kswapds(order, ac);
3529
3530         /*
3531          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3532          * that first
3533          */
3534         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3535         if (page)
3536                 goto got_pg;
3537
3538         /*
3539          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3540          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. Don't try
3541          * that for allocations that are allowed to ignore watermarks, as the
3542          * ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3543          */
3544         if (can_direct_reclaim && order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3545                 !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3546                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3547                                                 alloc_flags, ac,
3548                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3549                                                 &compact_result);
3550                 if (page)
3551                         goto got_pg;
3552
3553                 /*
3554                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3555                  * includes THP page fault allocations
3556                  */
3557                 if (gfp_mask & __GFP_NORETRY) {
3558                         /*
3559                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
3560                          * it is because sync compaction recently failed. If
3561                          * this is the case and the caller requested a THP
3562                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
3563                          * system, so we fail the allocation instead of entering
3564                          * direct reclaim.
3565                          */
3566                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3567                                 goto nopage;
3568
3569                         /*
3570                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
3571                          * sync compaction could be very expensive, so keep
3572                          * using async compaction.
3573                          */
3574                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
3575                 }
3576         }
3577
3578 retry:
3579         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
3580         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3581                 wake_all_kswapds(order, ac);
3582
3583         if (gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask))
3584                 alloc_flags = ALLOC_NO_WATERMARKS;
3585
3586         /*
3587          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3588          * These allocations are high priority and system rather than user
3589          * orientated.
3590          */
3591         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
3592                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3593                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3594                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3595         }
3596
3597         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
3598         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3599         if (page)
3600                 goto got_pg;
3601
3602         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3603         if (!can_direct_reclaim) {
3604                 /*
3605                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3606                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3607                  * to fail.
3608                  */
3609                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3610                 goto nopage;
3611         }
3612
3613         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3614         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3615                 /*
3616                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3617                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3618                  * for somebody to do a work for us.
3619                  */
3620                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3621                         cond_resched();
3622                         goto retry;
3623                 }
3624                 goto nopage;
3625         }
3626
3627         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3628         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3629                 goto nopage;
3630
3631
3632         /* Try direct reclaim and then allocating */
3633         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3634                                                         &did_some_progress);
3635         if (page)
3636                 goto got_pg;
3637
3638         /* Try direct compaction and then allocating */
3639         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3640                                         compact_priority, &compact_result);
3641         if (page)
3642                 goto got_pg;
3643
3644         /* Do not loop if specifically requested */
3645         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3646                 goto nopage;
3647
3648         /*
3649          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3650          * __GFP_REPEAT
3651          */
3652         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3653                 goto nopage;
3654
3655         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3656                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
3657                 goto retry;
3658
3659         /*
3660          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3661          * reclaim is not able to make any progress because the current
3662          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3663          * of free memory (see __compaction_suitable)
3664          */
3665         if (did_some_progress > 0 &&
3666                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3667                                 compact_result, &compact_priority,
3668                                 &compaction_retries))
3669                 goto retry;
3670
3671         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3672         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3673         if (page)
3674                 goto got_pg;
3675
3676         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3677         if (did_some_progress) {
3678                 no_progress_loops = 0;
3679                 goto retry;
3680         }
3681
3682 nopage:
3683         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3684 got_pg:
3685         return page;
3686 }
3687
3688 /*
3689  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3690  */
3691 struct page *
3692 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3693                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3694 {
3695         struct page *page;
3696         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3697         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3698         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3699         struct alloc_context ac = {
3700                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3701                 .zonelist = zonelist,
3702                 .nodemask = nodemask,
3703                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3704         };
3705
3706         if (cpusets_enabled()) {
3707                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3708                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3709                 if (!ac.nodemask)
3710                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3711         }
3712
3713         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3714
3715         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3716
3717         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3718
3719         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3720                 return NULL;
3721
3722         /*
3723          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3724          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3725          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3726          */
3727         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3728                 return NULL;
3729
3730         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3731                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3732
3733 retry_cpuset:
3734         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3735
3736         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3737         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3738
3739         /*
3740          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3741          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3742          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3743          */
3744         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3745                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3746         if (!ac.preferred_zoneref) {
3747                 page = NULL;
3748                 goto no_zone;
3749         }
3750
3751         /* First allocation attempt */
3752         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3753         if (likely(page))
3754                 goto out;
3755
3756         /*
3757          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3758          * because I/O on the device might not complete.
3759          */
3760         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3761         ac.spread_dirty_pages = false;
3762
3763         /*
3764          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3765          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3766          */
3767         if (cpusets_enabled())
3768                 ac.nodemask = nodemask;
3769         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3770
3771 no_zone:
3772         /*
3773          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3774          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3775          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3776          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3777          */
3778         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3779                 alloc_mask = gfp_mask;
3780                 goto retry_cpuset;
3781         }
3782
3783 out:
3784         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
3785             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
3786                 __free_pages(page, order);
3787                 page = NULL;
3788         }
3789
3790         if (kmemcheck_enabled && page)
3791                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3792
3793         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3794
3795         return page;
3796 }
3797 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3798
3799 /*
3800  * Common helper functions.
3801  */
3802 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3803 {
3804         struct page *page;
3805
3806         /*
3807          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3808          * a highmem page
3809          */
3810         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3811
3812         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3813         if (!page)
3814                 return 0;
3815         return (unsigned long) page_address(page);
3816 }
3817 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3818
3819 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3820 {
3821         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3822 }
3823 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3824
3825 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3826 {
3827         if (put_page_testzero(page)) {
3828                 if (order == 0)
3829                         free_hot_cold_page(page, false);
3830                 else
3831                         __free_pages_ok(page, order);
3832         }
3833 }
3834
3835 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3836
3837 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3838 {
3839         if (addr != 0) {
3840                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3841                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3842         }
3843 }
3844
3845 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3846
3847 /*
3848  * Page Fragment:
3849  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3850  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3851  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3852  *
3853  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3854  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3855  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3856  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3857  */
3858 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3859                                        gfp_t gfp_mask)
3860 {
3861         struct page *page = NULL;
3862         gfp_t gfp = gfp_mask;
3863
3864 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3865         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3866                     __GFP_NOMEMALLOC;
3867         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3868                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3869         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3870 #endif
3871         if (unlikely(!page))
3872                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3873
3874         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3875
3876         return page;
3877 }
3878
3879 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3880                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3881 {
3882         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3883         struct page *page;
3884         int offset;
3885
3886         if (unlikely(!nc->va)) {
3887 refill:
3888                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3889                 if (!page)
3890                         return NULL;
3891
3892 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3893                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3894                 size = nc->size;
3895 #endif
3896                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3897                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3898                  */
3899                 page_ref_add(page, size - 1);
3900
3901                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3902                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3903                 nc->pagecnt_bias = size;
3904                 nc->offset = size;
3905         }
3906
3907         offset = nc->offset - fragsz;
3908         if (unlikely(offset < 0)) {
3909                 page = virt_to_page(nc->va);
3910
3911                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3912                         goto refill;
3913
3914 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3915                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3916                 size = nc->size;
3917 #endif
3918                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3919                 set_page_count(page, size);
3920
3921                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3922                 nc->pagecnt_bias = size;
3923                 offset = size - fragsz;
3924         }
3925
3926         nc->pagecnt_bias--;
3927         nc->offset = offset;
3928
3929         return nc->va + offset;
3930 }
3931 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3932
3933 /*
3934  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3935  */
3936 void __free_page_frag(void *addr)
3937 {
3938         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3939
3940         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3941                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3942 }
3943 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3944
3945 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3946                 size_t size)
3947 {
3948         if (addr) {
3949                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3950                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3951
3952                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3953                 while (used < alloc_end) {
3954                         free_page(used);
3955                         used += PAGE_SIZE;
3956                 }
3957         }
3958         return (void *)addr;
3959 }
3960
3961 /**
3962  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3963  * @size: the number of bytes to allocate
3964  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3965  *
3966  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3967  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3968  * allocate memory in power-of-two pages.
3969  *
3970  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3971  *
3972  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3973  */
3974 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3975 {
3976         unsigned int order = get_order(size);
3977         unsigned long addr;
3978
3979         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3980         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3981 }
3982 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3983
3984 /**
3985  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3986  *                         pages on a node.
3987  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3988  * @size: the number of bytes to allocate
3989  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3990  *
3991  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3992  * back.
3993  */
3994 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3995 {
3996         unsigned int order = get_order(size);
3997         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3998         if (!p)
3999                 return NULL;
4000         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4001 }
4002
4003 /**
4004  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4005  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4006  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4007  *
4008  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4009  */
4010 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4011 {
4012         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4013         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4014
4015         while (addr < end) {
4016                 free_page(addr);
4017                 addr += PAGE_SIZE;
4018         }
4019 }
4020 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4021
4022 /**
4023  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4024  * @offset: The zone index of the highest zone
4025  *
4026  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4027  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4028  * zone, the number of pages is calculated as:
4029  *     managed_pages - high_pages
4030  */
4031 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4032 {
4033         struct zoneref *z;
4034         struct zone *zone;
4035
4036         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4037         unsigned long sum = 0;
4038
4039         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4040
4041         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4042                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4043                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4044                 if (size > high)
4045                         sum += size - high;
4046         }
4047
4048         return sum;
4049 }
4050
4051 /**
4052  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4053  *
4054  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4055  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4056  */
4057 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4058 {
4059         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4060 }
4061 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4062
4063 /**
4064  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4065  *
4066  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4067  * high watermark within all zones.
4068  */
4069 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4070 {
4071         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4072 }
4073
4074 static inline void show_node(struct zone *zone)
4075 {
4076         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4077                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4078 }
4079
4080 long si_mem_available(void)
4081 {
4082         long available;
4083         unsigned long pagecache;
4084         unsigned long wmark_low = 0;
4085         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4086         struct zone *zone;
4087         int lru;
4088
4089         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4090                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4091
4092         for_each_zone(zone)
4093                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4094
4095         /*
4096          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4097          * without causing swapping.
4098          */
4099         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4100
4101         /*
4102          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4103          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4104          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4105          */
4106         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4107         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4108         available += pagecache;
4109
4110         /*
4111          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4112          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4113          */
4114         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4115                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4116
4117         if (available < 0)
4118                 available = 0;
4119         return available;
4120 }
4121 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4122
4123 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4124 {
4125         val->totalram = totalram_pages;
4126         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4127         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4128         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4129         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4130         val->freehigh = nr_free_highpages();
4131         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4132 }
4133
4134 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4135
4136 #ifdef CONFIG_NUMA
4137 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4138 {
4139         int zone_type;          /* needs to be signed */
4140         unsigned long managed_pages = 0;
4141         unsigned long managed_highpages = 0;
4142         unsigned long free_highpages = 0;
4143         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4144
4145         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4146                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4147         val->totalram = managed_pages;
4148         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4149         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4150 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4151         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4152                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4153
4154                 if (is_highmem(zone)) {
4155                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4156                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4157                 }
4158         }
4159         val->totalhigh = managed_highpages;
4160         val->freehigh = free_highpages;
4161 #else
4162         val->totalhigh = managed_highpages;
4163         val->freehigh = free_highpages;
4164 #endif
4165         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4166 }
4167 #endif
4168
4169 /*
4170  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4171  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4172  */
4173 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
4174 {
4175         bool ret = false;
4176         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4177
4178         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4179                 goto out;
4180
4181         do {
4182                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4183                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
4184         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
4185 out:
4186         return ret;
4187 }
4188
4189 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4190
4191 static void show_migration_types(unsigned char type)
4192 {
4193         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4194                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4195                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4196                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4197                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4198 #ifdef CONFIG_CMA
4199                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4200 #endif
4201 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4202                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4203 #endif
4204         };
4205         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4206         char *p = tmp;
4207         int i;
4208
4209         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4210                 if (type & (1 << i))
4211                         *p++ = types[i];
4212         }
4213
4214         *p = '\0';
4215         printk("(%s) ", tmp);
4216 }
4217
4218 /*
4219  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4220  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4221  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4222  *
4223  * Bits in @filter:
4224  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4225  *   cpuset.
4226  */
4227 void show_free_areas(unsigned int filter)
4228 {
4229         unsigned long free_pcp = 0;
4230         int cpu;
4231         struct zone *zone;
4232         pg_data_t *pgdat;
4233
4234         for_each_populated_zone(zone) {
4235                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4236                         continue;
4237
4238                 for_each_online_cpu(cpu)
4239                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4240         }
4241
4242         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4243                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4244                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4245                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4246                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4247                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4248                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4249                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4250                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4251                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4252                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4253                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4254                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4255                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4256                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4257                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4258                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4259                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4260                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4261                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4262                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4263                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4264                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4265                 free_pcp,
4266                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4267
4268         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4269                 printk("Node %d"
4270                         " active_anon:%lukB"
4271                         " inactive_anon:%lukB"
4272                         " active_file:%lukB"
4273                         " inactive_file:%lukB"
4274                         " unevictable:%lukB"
4275                         " isolated(anon):%lukB"
4276                         " isolated(file):%lukB"
4277                         " mapped:%lukB"
4278                         " dirty:%lukB"
4279                         " writeback:%lukB"
4280                         " shmem:%lukB"
4281 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4282                         " shmem_thp: %lukB"
4283                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4284                         " anon_thp: %lukB"
4285 #endif
4286                         " writeback_tmp:%lukB"
4287                         " unstable:%lukB"
4288                         " pages_scanned:%lu"
4289                         " all_unreclaimable? %s"
4290                         "\n",
4291                         pgdat->node_id,
4292                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4293                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4294                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4295                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4296                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4297                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4298                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4299                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4300                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4301                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4302 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4303                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4304                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4305                                         * HPAGE_PMD_NR),
4306                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4307 #endif
4308                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4309                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4310                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4311                         node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED),
4312                         !pgdat_reclaimable(pgdat) ? "yes" : "no");
4313         }
4314
4315         for_each_populated_zone(zone) {
4316                 int i;
4317
4318                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4319                         continue;
4320
4321                 free_pcp = 0;
4322                 for_each_online_cpu(cpu)
4323                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4324
4325                 show_node(zone);
4326                 printk("%s"
4327                         " free:%lukB"
4328                         " min:%lukB"
4329                         " low:%lukB"
4330                         " high:%lukB"
4331                         " active_anon:%lukB"
4332                         " inactive_anon:%lukB"
4333                         " active_file:%lukB"
4334                         " inactive_file:%lukB"
4335                         " unevictable:%lukB"
4336                         " writepending:%lukB"
4337                         " present:%lukB"
4338                         " managed:%lukB"
4339                         " mlocked:%lukB"
4340                         " slab_reclaimable:%lukB"
4341                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4342                         " kernel_stack:%lukB"
4343                         " pagetables:%lukB"
4344                         " bounce:%lukB"
4345                         " free_pcp:%lukB"
4346                         " local_pcp:%ukB"
4347                         " free_cma:%lukB"
4348                         "\n",
4349                         zone->name,
4350                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4351                         K(min_wmark_pages(zone)),
4352                         K(low_wmark_pages(zone)),
4353                         K(high_wmark_pages(zone)),
4354                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4355                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4356                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4357                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4358                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4359                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4360                         K(zone->present_pages),
4361                         K(zone->managed_pages),
4362                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4363                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4364                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4365                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4366                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4367                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4368                         K(free_pcp),
4369                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4370                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4371                 printk("lowmem_reserve[]:");
4372                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4373                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4374                 printk("\n");
4375         }
4376
4377         for_each_populated_zone(zone) {
4378                 unsigned int order;
4379                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4380                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4381
4382                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4383                         continue;
4384                 show_node(zone);
4385                 printk("%s: ", zone->name);
4386
4387                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4388                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4389                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4390                         int type;
4391
4392                         nr[order] = area->nr_free;
4393                         total += nr[order] << order;
4394
4395                         types[order] = 0;
4396                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4397                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4398                                         types[order] |= 1 << type;
4399                         }
4400                 }
4401                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4402                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4403                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4404                         if (nr[order])
4405                                 show_migration_types(types[order]);
4406                 }
4407                 printk("= %lukB\n", K(total));
4408         }
4409
4410         hugetlb_show_meminfo();
4411
4412         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4413
4414         show_swap_cache_info();
4415 }
4416
4417 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4418 {
4419         zoneref->zone = zone;
4420         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4421 }
4422
4423 /*
4424  * Builds allocation fallback zone lists.
4425  *
4426  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4427  */
4428 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4429                                 int nr_zones)
4430 {
4431         struct zone *zone;
4432         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4433
4434         do {
4435                 zone_type--;
4436                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4437                 if (managed_zone(zone)) {
4438                         zoneref_set_zone(zone,
4439                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4440                         check_highest_zone(zone_type);
4441                 }
4442         } while (zone_type);
4443
4444         return nr_zones;
4445 }
4446
4447
4448 /*
4449  *  zonelist_order:
4450  *  0 = automatic detection of better ordering.
4451  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4452  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4453  *
4454  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4455  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4456  */
4457 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4458 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4459 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4460
4461 /* zonelist order in the kernel.
4462  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4463  */
4464 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4465 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4466
4467
4468 #ifdef CONFIG_NUMA
4469 /* The value user specified ....changed by config */
4470 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4471 /* string for sysctl */
4472 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4473 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4474
4475 /*
4476  * interface for configure zonelist ordering.
4477  * command line option "numa_zonelist_order"
4478  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4479  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4480  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4481  */
4482
4483 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4484 {
4485         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4486                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4487         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4488                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4489         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4490                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4491         } else {
4492                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4493                 return -EINVAL;
4494         }
4495         return 0;
4496 }
4497
4498 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4499 {
4500         int ret;
4501
4502         if (!s)
4503                 return 0;
4504
4505         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4506         if (ret == 0)
4507                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4508
4509         return ret;
4510 }
4511 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4512
4513 /*
4514  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4515  */
4516 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4517                 void __user *buffer, size_t *length,
4518                 loff_t *ppos)
4519 {
4520         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4521         int ret;
4522         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4523
4524         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4525         if (write) {
4526                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4527                         ret = -EINVAL;
4528                         goto out;
4529                 }
4530                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4531         }
4532         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4533         if (ret)
4534                 goto out;
4535         if (write) {
4536                 int oldval = user_zonelist_order;
4537
4538                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4539                 if (ret) {
4540                         /*
4541                          * bogus value.  restore saved string
4542                          */
4543                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4544                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4545                         user_zonelist_order = oldval;
4546                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4547                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4548                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4549                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4550                 }
4551         }
4552 out:
4553         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4554         return ret;
4555 }
4556
4557
4558 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4559 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4560
4561 /**
4562  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4563  * @node: node whose fallback list we're appending
4564  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4565  *
4566  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4567  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4568  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4569  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4570  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4571  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4572  * on them otherwise.
4573  * It returns -1 if no node is found.
4574  */
4575 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4576 {
4577         int n, val;
4578         int min_val = INT_MAX;
4579         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4580         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4581
4582         /* Use the local node if we haven't already */
4583         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4584                 node_set(node, *used_node_mask);
4585                 return node;
4586         }
4587
4588         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4589
4590                 /* Don't want a node to appear more than once */
4591                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4592                         continue;
4593
4594                 /* Use the distance array to find the distance */
4595                 val = node_distance(node, n);
4596
4597                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4598                 val += (n < node);
4599
4600                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4601                 tmp = cpumask_of_node(n);
4602                 if (!cpumask_empty(tmp))
4603                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4604
4605                 /* Slight preference for less loaded node */
4606                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4607                 val += node_load[n];
4608
4609                 if (val < min_val) {
4610                         min_val = val;
4611                         best_node = n;
4612                 }
4613         }
4614
4615         if (best_node >= 0)
4616                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4617
4618         return best_node;
4619 }
4620
4621
4622 /*
4623  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4624  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4625  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4626  */
4627 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4628 {
4629         int j;
4630         struct zonelist *zonelist;
4631
4632         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4633         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4634                 ;
4635         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4636         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4637         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4638 }
4639
4640 /*
4641  * Build gfp_thisnode zonelists
4642  */
4643 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4644 {
4645         int j;
4646         struct zonelist *zonelist;
4647
4648         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK];
4649         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4650         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4651         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4652 }
4653
4654 /*
4655  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4656  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4657  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4658  * may still exist in local DMA zone.
4659  */
4660 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4661
4662 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4663 {
4664         int pos, j, node;
4665         int zone_type;          /* needs to be signed */
4666         struct zone *z;
4667         struct zonelist *zonelist;
4668
4669         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4670         pos = 0;
4671         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4672                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4673                         node = node_order[j];
4674                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4675                         if (managed_zone(z)) {
4676                                 zoneref_set_zone(z,
4677                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4678                                 check_highest_zone(zone_type);
4679                         }
4680                 }
4681         }
4682         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4683         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4684 }
4685
4686 #if defined(CONFIG_64BIT)
4687 /*
4688  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4689  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4690  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4691  */
4692 static int default_zonelist_order(void)
4693 {
4694         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4695 }
4696 #else
4697 /*
4698  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4699  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4700  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4701  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4702  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4703  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4704  */
4705 static int default_zonelist_order(void)
4706 {
4707         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4708 }
4709 #endif /* CONFIG_64BIT */
4710
4711 static void set_zonelist_order(void)
4712 {
4713         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4714                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4715         else
4716                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4717 }
4718
4719 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4720 {
4721         int i, node, load;
4722         nodemask_t used_mask;
4723         int local_node, prev_node;
4724         struct zonelist *zonelist;
4725         unsigned int order = current_zonelist_order;
4726
4727         /* initialize zonelists */
4728         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4729                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4730                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4731                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4732         }
4733
4734         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4735         local_node = pgdat->node_id;
4736         load = nr_online_nodes;
4737         prev_node = local_node;
4738         nodes_clear(used_mask);
4739
4740         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4741         i = 0;
4742
4743         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4744                 /*
4745                  * We don't want to pressure a particular node.
4746                  * So adding penalty to the first node in same
4747                  * distance group to make it round-robin.
4748                  */
4749                 if (node_distance(local_node, node) !=
4750                     node_distance(local_node, prev_node))
4751                         node_load[node] = load;
4752
4753                 prev_node = node;
4754                 load--;
4755                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4756                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4757                 else
4758                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4759         }
4760
4761         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4762                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4763                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4764         }
4765
4766         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4767 }
4768
4769 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4770 /*
4771  * Return node id of node used for "local" allocations.
4772  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4773  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4774  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4775  */
4776 int local_memory_node(int node)
4777 {
4778         struct zoneref *z;
4779
4780         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4781                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4782                                    NULL);
4783         return z->zone->node;
4784 }
4785 #endif
4786
4787 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
4788 static void setup_min_slab_ratio(void);
4789 #else   /* CONFIG_NUMA */
4790
4791 static void set_zonelist_order(void)
4792 {
4793         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4794 }
4795
4796 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4797 {
4798         int node, local_node;
4799         enum zone_type j;
4800         struct zonelist *zonelist;
4801
4802         local_node = pgdat->node_id;
4803
4804         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4805         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4806
4807         /*
4808          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4809          * of all the other nodes.
4810          * We don't want to pressure a particular node, so when
4811          * building the zones for node N, we make sure that the
4812          * zones coming right after the local ones are those from
4813          * node N+1 (modulo N)
4814          */
4815         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4816                 if (!node_online(node))
4817                         continue;
4818                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4819         }
4820         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4821                 if (!node_online(node))
4822                         continue;
4823                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4824         }
4825
4826         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4827         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4828 }
4829
4830 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4831
4832 /*
4833  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4834  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4835  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4836  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4837  * with interrupts disabled.
4838  *
4839  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4840  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4841  * hotplugged processors.
4842  *
4843  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4844  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4845  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4846  */
4847 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4848 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4849 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4850
4851 /*
4852  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4853  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4854  */
4855 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4856
4857 /* return values int ....just for stop_machine() */
4858 static int __build_all_zonelists(void *data)
4859 {
4860         int nid;
4861         int cpu;
4862         pg_data_t *self = data;
4863
4864 #ifdef CONFIG_NUMA
4865         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4866 #endif
4867
4868         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4869                 build_zonelists(self);
4870         }
4871
4872         for_each_online_node(nid) {
4873                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4874
4875                 build_zonelists(pgdat);
4876         }
4877
4878         /*
4879          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4880          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4881          * each zone will be allocated later when the per cpu
4882          * allocator is available.
4883          *
4884          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4885          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4886          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4887          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4888          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4889          * (a chicken-egg dilemma).
4890          */
4891         for_each_possible_cpu(cpu) {
4892                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4893
4894 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4895                 /*
4896                  * We now know the "local memory node" for each node--
4897                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4898                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4899                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4900                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4901                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4902                  */
4903                 if (cpu_online(cpu))
4904                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4905 #endif
4906         }
4907
4908         return 0;
4909 }
4910
4911 static noinline void __init
4912 build_all_zonelists_init(void)
4913 {
4914         __build_all_zonelists(NULL);
4915         mminit_verify_zonelist();
4916         cpuset_init_current_mems_allowed();
4917 }
4918
4919 /*
4920  * Called with zonelists_mutex held always
4921  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4922  *
4923  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4924  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4925  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4926  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4927  */
4928 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4929 {
4930         set_zonelist_order();
4931
4932         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4933                 build_all_zonelists_init();
4934         } else {
4935 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4936                 if (zone)
4937                         setup_zone_pageset(zone);
4938 #endif
4939                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4940                    of zonelist */
4941                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4942                 /* cpuset refresh routine should be here */
4943         }
4944         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4945         /*
4946          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4947          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4948          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4949          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4950          * disabled and enable it later
4951          */
4952         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4953                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4954         else
4955                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4956
4957         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
4958                 nr_online_nodes,
4959                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4960                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4961                 vm_total_pages);
4962 #ifdef CONFIG_NUMA
4963         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4964 #endif
4965 }
4966
4967 /*
4968  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4969  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4970  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4971  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4972  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4973  * conservative, even though it seems large.
4974  *
4975  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4976  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4977  */
4978 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4979
4980 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4981 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4982 {
4983         unsigned long size = 1;
4984
4985         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4986
4987         while (size < pages)
4988                 size <<= 1;
4989
4990         /*
4991          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4992          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4993          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4994          */
4995         size = min(size, 4096UL);
4996
4997         return max(size, 4UL);
4998 }
4999 #else
5000 /*
5001  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
5002  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
5003  *
5004  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
5005  *
5006  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
5007  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
5008  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
5009  *
5010  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
5011  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
5012  *
5013  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
5014  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
5015  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
5016  */
5017 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5018 {
5019         return 4096UL;
5020 }
5021 #endif
5022
5023 /*
5024  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
5025  * to extract the more random high bits from the multiplicative
5026  * hash function before the remainder is taken.
5027  */
5028 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
5029 {
5030         return ffz(~size);
5031 }
5032
5033 /*
5034  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5035  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5036  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5037  */
5038 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5039                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5040 {
5041         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5042         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5043         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5044         unsigned long pfn;
5045         unsigned long nr_initialised = 0;
5046 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5047         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5048 #endif
5049
5050         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5051                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5052
5053         /*
5054          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5055          * memory
5056          */
5057         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5058                 start_pfn += altmap->reserve;
5059
5060         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5061                 /*
5062                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5063                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5064                  */
5065                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5066                         goto not_early;
5067
5068                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5069                         continue;
5070                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5071                         continue;
5072                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5073                         break;
5074
5075 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5076                 /*
5077                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5078                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5079                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5080                  */
5081                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5082                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5083                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5084                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5085                                                 break;
5086                                 r = tmp;
5087                         }
5088                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5089                             memblock_is_mirror(r)) {
5090                                 /* already initialized as NORMAL */
5091                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5092                                 continue;
5093                         }
5094                 }
5095 #endif
5096
5097 not_early:
5098                 /*
5099                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5100                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5101                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5102                  * the address space during boot when many long-lived
5103                  * kernel allocations are made.
5104                  *
5105                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5106                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5107                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5108                  * pfn out of zone.
5109                  */
5110                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5111                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5112
5113                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5114                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5115                 } else {
5116                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5117                 }
5118         }
5119 }
5120
5121 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5122 {
5123         unsigned int order, t;
5124         for_each_migratetype_order(order, t) {
5125                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5126                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5127         }
5128 }
5129
5130 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5131 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5132         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5133 #endif
5134
5135 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5136 {
5137 #ifdef CONFIG_MMU
5138         int batch;
5139
5140         /*
5141          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5142          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5143          *
5144          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5145          */
5146         batch = zone->managed_pages / 1024;
5147         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5148                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5149         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5150         if (batch < 1)
5151                 batch = 1;
5152
5153         /*
5154          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5155          * of 2 value was found to be more likely to have
5156          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5157          *
5158          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5159          * batches of pages, one task can end up with a lot
5160          * of pages of one half of the possible page colors
5161          * and the other with pages of the other colors.
5162          */
5163         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5164
5165         return batch;
5166
5167 #else
5168         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5169          * conditions.
5170          *
5171          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5172          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5173          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5174          *
5175          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5176          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5177          * can be a significant delay between the individual batches being
5178          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5179          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5180          */
5181         return 0;
5182 #endif
5183 }
5184
5185 /*
5186  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5187  * ->batch must never be higher then ->high.
5188  * The following function updates them in a safe manner without read side
5189  * locking.
5190  *
5191  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5192  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5193  *
5194  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5195  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5196  * exist).
5197  */
5198 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5199                 unsigned long batch)
5200 {
5201        /* start with a fail safe value for batch */
5202         pcp->batch = 1;
5203         smp_wmb();
5204
5205        /* Update high, then batch, in order */
5206         pcp->high = high;
5207         smp_wmb();
5208
5209         pcp->batch = batch;
5210 }
5211
5212 /* a companion to pageset_set_high() */
5213 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5214 {
5215         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5216 }
5217
5218 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5219 {
5220         struct per_cpu_pages *pcp;
5221         int migratetype;
5222
5223         memset(p, 0, sizeof(*p));
5224
5225         pcp = &p->pcp;
5226         pcp->count = 0;
5227         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5228                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5229 }
5230
5231 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5232 {
5233         pageset_init(p);
5234         pageset_set_batch(p, batch);
5235 }
5236
5237 /*
5238  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5239  * to the value high for the pageset p.
5240  */
5241 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5242                                 unsigned long high)
5243 {
5244         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5245         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5246                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5247
5248         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5249 }
5250
5251 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5252                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5253 {
5254         if (percpu_pagelist_fraction)
5255                 pageset_set_high(pcp,
5256                         (zone->managed_pages /
5257                                 percpu_pagelist_fraction));
5258         else
5259                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5260 }
5261
5262 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5263 {
5264         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5265
5266         pageset_init(pcp);
5267         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5268 }
5269
5270 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5271 {
5272         int cpu;
5273         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5274         for_each_possible_cpu(cpu)
5275                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5276 }
5277
5278 /*
5279  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5280  * Before this call only boot pagesets were available.
5281  */
5282 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5283 {
5284         struct pglist_data *pgdat;
5285         struct zone *zone;
5286
5287         for_each_populated_zone(zone)
5288                 setup_zone_pageset(zone);
5289
5290         for_each_online_pgdat(pgdat)
5291                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5292                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5293 }
5294
5295 static noinline __ref
5296 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
5297 {
5298         int i;
5299         size_t alloc_size;
5300
5301         /*
5302          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
5303          * per zone.
5304          */
5305         zone->wait_table_hash_nr_entries =
5306                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
5307         zone->wait_table_bits =
5308                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
5309         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
5310                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
5311
5312         if (!slab_is_available()) {
5313                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
5314                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
5315                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
5316         } else {
5317                 /*
5318                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
5319                  * via memory hot-add.
5320                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
5321                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
5322                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
5323                  * node itself as well.
5324                  * To use this new node's memory, further consideration will be
5325                  * necessary.
5326                  */
5327                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
5328         }
5329         if (!zone->wait_table)
5330                 return -ENOMEM;
5331
5332         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
5333                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
5334
5335         return 0;
5336 }
5337
5338 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5339 {
5340         /*
5341          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5342          * relies on the ability of the linker to provide the
5343          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5344          */
5345         zone->pageset = &boot_pageset;
5346
5347         if (populated_zone(zone))
5348                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5349                         zone->name, zone->present_pages,
5350                                          zone_batchsize(zone));
5351 }
5352
5353 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5354                                         unsigned long zone_start_pfn,
5355                                         unsigned long size)
5356 {
5357         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5358         int ret;
5359         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5360         if (ret)
5361                 return ret;
5362         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5363
5364         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5365
5366         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5367                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5368                         pgdat->node_id,
5369                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5370                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5371
5372         zone_init_free_lists(zone);
5373
5374         return 0;
5375 }
5376
5377 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5378 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5379
5380 /*
5381  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5382  */
5383 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5384                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5385 {
5386         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5387         int nid;
5388
5389         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5390                 return state->last_nid;
5391
5392         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5393         if (nid != -1) {
5394                 state->last_start = start_pfn;
5395                 state->last_end = end_pfn;
5396                 state->last_nid = nid;
5397         }
5398
5399         return nid;
5400 }
5401 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5402
5403 /**
5404  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5405  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5406  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5407  *
5408  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5409  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5410  * memblock_free_early_nid() manually.
5411  */
5412 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5413 {
5414         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5415         int i, this_nid;
5416
5417         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5418                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5419                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5420
5421                 if (start_pfn < end_pfn)
5422                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5423                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5424                                         this_nid);
5425         }
5426 }
5427
5428 /**
5429  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5430  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5431  *
5432  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5433  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5434  */
5435 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5436 {
5437         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5438         int i, this_nid;
5439
5440         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5441                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5442 }
5443
5444 /**
5445  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5446  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5447  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5448  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5449  *
5450  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5451  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5452  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5453  * PFNs will be 0.
5454  */
5455 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5456                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5457 {
5458         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5459         int i;
5460
5461         *start_pfn = -1UL;
5462         *end_pfn = 0;
5463
5464         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5465                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5466                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5467         }
5468
5469         if (*start_pfn == -1UL)
5470                 *start_pfn = 0;
5471 }
5472
5473 /*
5474  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5475  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5476  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5477  */
5478 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5479 {
5480         int zone_index;
5481         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5482                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5483                         continue;
5484
5485                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5486                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5487                         break;
5488         }
5489
5490         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5491         movable_zone = zone_index;
5492 }
5493
5494 /*
5495  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5496  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5497  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5498  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5499  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5500  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5501  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5502  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5503  */
5504 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5505                                         unsigned long zone_type,
5506                                         unsigned long node_start_pfn,
5507                                         unsigned long node_end_pfn,
5508                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5509                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5510 {
5511         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5512         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5513                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5514                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5515                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5516                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5517                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5518
5519                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5520                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5521                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5522                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5523                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5524
5525                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5526                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5527                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5528         }
5529 }
5530
5531 /*
5532  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5533  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5534  */
5535 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5536                                         unsigned long zone_type,
5537                                         unsigned long node_start_pfn,
5538                                         unsigned long node_end_pfn,
5539                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5540                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5541                                         unsigned long *ignored)
5542 {
5543         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5544         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5545                 return 0;
5546
5547         /* Get the start and end of the zone */
5548         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5549         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5550         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5551                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5552                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5553
5554         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5555         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5556                 return 0;
5557
5558         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5559         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5560         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5561
5562         /* Return the spanned pages */
5563         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5564 }
5565
5566 /*
5567  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5568  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5569  */
5570 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5571                                 unsigned long range_start_pfn,
5572                                 unsigned long range_end_pfn)
5573 {
5574         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5575         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5576         int i;
5577
5578         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5579                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5580                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5581                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5582         }
5583         return nr_absent;
5584 }
5585
5586 /**
5587  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5588  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5589  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5590  *
5591  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5592  */
5593 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5594                                                         unsigned long end_pfn)
5595 {
5596         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5597 }
5598
5599 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5600 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5601                                         unsigned long zone_type,
5602                                         unsigned long node_start_pfn,
5603                                         unsigned long node_end_pfn,
5604                                         unsigned long *ignored)
5605 {
5606         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5607         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5608         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5609         unsigned long nr_absent;
5610
5611         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5612         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5613                 return 0;
5614
5615         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5616         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5617
5618         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5619                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5620                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5621         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5622
5623         /*
5624          * ZONE_MOVABLE handling.
5625          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5626          * and vice versa.
5627          */
5628         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5629                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5630                 struct memblock_region *r;
5631
5632                 for_each_memblock(memory, r) {
5633                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5634                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5635                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5636                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5637
5638                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5639                             memblock_is_mirror(r))
5640                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5641
5642                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5643                             !memblock_is_mirror(r))
5644                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5645                 }
5646         }
5647
5648         return nr_absent;
5649 }
5650
5651 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5652 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5653                                         unsigned long zone_type,
5654                                         unsigned long node_start_pfn,
5655                                         unsigned long node_end_pfn,
5656                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5657                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5658                                         unsigned long *zones_size)
5659 {
5660         unsigned int zone;
5661
5662         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5663         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5664                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5665
5666         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5667
5668         return zones_size[zone_type];
5669 }
5670
5671 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5672                                                 unsigned long zone_type,
5673                                                 unsigned long node_start_pfn,
5674                                                 unsigned long node_end_pfn,
5675                                                 unsigned long *zholes_size)
5676 {
5677         if (!zholes_size)
5678                 return 0;
5679
5680         return zholes_size[zone_type];
5681 }
5682
5683 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5684
5685 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5686                                                 unsigned long node_start_pfn,
5687                                                 unsigned long node_end_pfn,
5688                                                 unsigned long *zones_size,
5689                                                 unsigned long *zholes_size)
5690 {
5691         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5692         enum zone_type i;
5693
5694         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5695                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5696                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5697                 unsigned long size, real_size;
5698
5699                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5700                                                   node_start_pfn,
5701                                                   node_end_pfn,
5702                                                   &zone_start_pfn,
5703                                                   &zone_end_pfn,
5704                                                   zones_size);
5705                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5706                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5707                                                   zholes_size);
5708                 if (size)
5709                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5710                 else
5711                         zone->zone_start_pfn = 0;
5712                 zone->spanned_pages = size;
5713                 zone->present_pages = real_size;
5714
5715                 totalpages += size;
5716                 realtotalpages += real_size;
5717         }
5718
5719         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5720         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5721         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5722                                                         realtotalpages);
5723 }
5724
5725 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5726 /*
5727  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5728  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5729  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5730  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5731  * bytes.
5732  */
5733 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5734 {
5735         unsigned long usemapsize;
5736
5737         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5738         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5739         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5740         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5741         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5742
5743         return usemapsize / 8;
5744 }
5745
5746 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5747                                 struct zone *zone,
5748                                 unsigned long zone_start_pfn,
5749                                 unsigned long zonesize)
5750 {
5751         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5752         zone->pageblock_flags = NULL;
5753         if (usemapsize)
5754                 zone->pageblock_flags =
5755                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5756                                                          pgdat->node_id);
5757 }
5758 #else
5759 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5760                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5761 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5762
5763 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5764
5765 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5766 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5767 {
5768         unsigned int order;
5769
5770         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5771         if (pageblock_order)
5772                 return;
5773
5774         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5775                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5776         else
5777                 order = MAX_ORDER - 1;
5778
5779         /*
5780          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5781          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5782          * powerpc.
5783          */
5784         pageblock_order = order;
5785 }
5786 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5787
5788 /*
5789  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5790  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5791  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5792  * the kernel config
5793  */
5794 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5795 {
5796 }
5797
5798 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5799
5800 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5801                                                    unsigned long present_pages)
5802 {
5803         unsigned long pages = spanned_pages;
5804
5805         /*
5806          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5807          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5808          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5809          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5810          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5811          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5812          */
5813         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5814             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5815                 pages = present_pages;
5816
5817         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5818 }
5819
5820 /*
5821  * Set up the zone data structures:
5822  *   - mark all pages reserved
5823  *   - mark all memory queues empty
5824  *   - clear the memory bitmaps
5825  *
5826  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5827  */
5828 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5829 {
5830         enum zone_type j;
5831         int nid = pgdat->node_id;
5832         int ret;
5833
5834         pgdat_resize_init(pgdat);
5835 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5836         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5837         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5838         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5839 #endif
5840 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5841         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5842         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5843         pgdat->split_queue_len = 0;
5844 #endif
5845         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5846         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5847 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5848         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5849 #endif
5850         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5851         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
5852         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
5853
5854         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5855                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5856                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5857                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5858
5859                 size = zone->spanned_pages;
5860                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5861
5862                 /*
5863                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5864                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5865                  * and per-cpu initialisations
5866                  */
5867                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5868                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5869                         if (freesize >= memmap_pages) {
5870                                 freesize -= memmap_pages;
5871                                 if (memmap_pages)
5872                                         printk(KERN_DEBUG
5873                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5874                                                zone_names[j], memmap_pages);
5875                         } else
5876                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5877                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5878                 }
5879
5880                 /* Account for reserved pages */
5881                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5882                         freesize -= dma_reserve;
5883                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5884                                         zone_names[0], dma_reserve);
5885                 }
5886
5887                 if (!is_highmem_idx(j))
5888                         nr_kernel_pages += freesize;
5889                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5890                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5891                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5892                 nr_all_pages += freesize;
5893
5894                 /*
5895                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5896                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5897                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5898                  */
5899                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5900 #ifdef CONFIG_NUMA
5901                 zone->node = nid;
5902 #endif
5903                 zone->name = zone_names[j];
5904                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5905                 spin_lock_init(&zone->lock);
5906                 zone_seqlock_init(zone);
5907                 zone_pcp_init(zone);
5908
5909                 if (!size)
5910                         continue;
5911
5912                 set_pageblock_order();
5913                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5914                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5915                 BUG_ON(ret);
5916                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5917         }
5918 }
5919
5920 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5921 {
5922         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5923         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5924
5925         /* Skip empty nodes */
5926         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5927                 return;
5928
5929 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5930         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5931         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5932         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5933         if (!pgdat->node_mem_map) {
5934                 unsigned long size, end;
5935                 struct page *map;
5936
5937                 /*
5938                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5939                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5940                  * for the buddy allocator to function correctly.
5941                  */
5942                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5943                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5944                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5945                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5946                 if (!map)
5947                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5948                                                                pgdat->node_id);
5949                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5950         }
5951 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5952         /*
5953          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5954          */
5955         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5956                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5957 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5958                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5959                         mem_map -= offset;
5960 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5961         }
5962 #endif
5963 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5964 }
5965
5966 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5967                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5968 {
5969         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5970         unsigned long start_pfn = 0;
5971         unsigned long end_pfn = 0;
5972
5973         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5974         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
5975
5976         reset_deferred_meminit(pgdat);
5977         pgdat->node_id = nid;
5978         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5979         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
5980 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5981         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5982         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5983                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5984                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5985 #else
5986         start_pfn = node_start_pfn;
5987 #endif
5988         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5989                                   zones_size, zholes_size);
5990
5991         alloc_node_mem_map(pgdat);
5992 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5993         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5994                 nid, (unsigned long)pgdat,
5995                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5996 #endif
5997
5998         free_area_init_core(pgdat);
5999 }
6000
6001 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6002
6003 #if MAX_NUMNODES > 1
6004 /*
6005  * Figure out the number of possible node ids.
6006  */
6007 void __init setup_nr_node_ids(void)
6008 {
6009         unsigned int highest;
6010
6011         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6012         nr_node_ids = highest + 1;
6013 }
6014 #endif
6015
6016 /**
6017  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6018  *
6019  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6020  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6021  * all the nodes.
6022  *
6023  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6024  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6025  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6026  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6027  *
6028  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6029  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6030  * populated node map.
6031  *
6032  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6033  * requirement (single node).
6034  */
6035 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6036 {
6037         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6038         unsigned long start, end, mask;
6039         int last_nid = -1;
6040         int i, nid;
6041
6042         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6043                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6044                         last_nid = nid;
6045                         last_end = end;
6046                         continue;
6047                 }
6048
6049                 /*
6050                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6051                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6052                  * too coarse to separate the current node from the last.
6053                  */
6054                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6055                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6056                         mask <<= 1;
6057
6058                 /* accumulate all internode masks */
6059                 accl_mask |= mask;
6060         }
6061
6062         /* convert mask to number of pages */
6063         return ~accl_mask + 1;
6064 }
6065
6066 /* Find the lowest pfn for a node */
6067 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6068 {
6069         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6070         unsigned long start_pfn;
6071         int i;
6072
6073         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6074                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6075
6076         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6077                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6078                 return 0;
6079         }
6080
6081         return min_pfn;
6082 }
6083
6084 /**
6085  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6086  *
6087  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6088  * memblock_set_node().
6089  */
6090 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6091 {
6092         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6093 }
6094
6095 /*
6096  * early_calculate_totalpages()
6097  * Sum pages in active regions for movable zone.
6098  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6099  */
6100 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6101 {
6102         unsigned long totalpages = 0;
6103         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6104         int i, nid;
6105
6106         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6107                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6108
6109                 totalpages += pages;
6110                 if (pages)
6111                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6112         }
6113         return totalpages;
6114 }
6115
6116 /*
6117  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6118  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6119  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6120  * others
6121  */
6122 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6123 {
6124         int i, nid;
6125         unsigned long usable_startpfn;
6126         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6127         /* save the state before borrow the nodemask */
6128         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6129         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6130         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6131         struct memblock_region *r;
6132
6133         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6134         find_usable_zone_for_movable();
6135
6136         /*
6137          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6138          * options.
6139          */
6140         if (movable_node_is_enabled()) {
6141                 for_each_memblock(memory, r) {
6142                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6143                                 continue;
6144
6145                         nid = r->nid;
6146
6147                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6148                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6149                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6150                                 usable_startpfn;
6151                 }
6152
6153                 goto out2;
6154         }
6155
6156         /*
6157          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6158          */
6159         if (mirrored_kernelcore) {
6160                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6161
6162                 for_each_memblock(memory, r) {
6163                         if (memblock_is_mirror(r))
6164                                 continue;
6165
6166                         nid = r->nid;
6167
6168                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6169
6170                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6171                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6172                                 continue;
6173                         }
6174
6175                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6176                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6177                                 usable_startpfn;
6178                 }
6179
6180                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6181                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6182
6183                 goto out2;
6184         }
6185
6186         /*
6187          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6188          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6189          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6190          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6191          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6192          * what movablecore would have allowed.
6193          */
6194         if (required_movablecore) {
6195                 unsigned long corepages;
6196
6197                 /*
6198                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6199                  * was requested by the user
6200                  */
6201                 required_movablecore =
6202                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6203                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6204                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6205
6206                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6207         }
6208
6209         /*
6210          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6211          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6212          */
6213         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6214                 goto out;
6215
6216         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6217         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6218
6219 restart:
6220         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6221         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6222         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6223                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6224
6225                 /*
6226                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6227                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6228                  * amount of memory for the kernel
6229                  */
6230                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6231                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6232
6233                 /*
6234                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6235                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6236                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6237                  */
6238                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6239
6240                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6241                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6242                         unsigned long size_pages;
6243
6244                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6245                         if (start_pfn >= end_pfn)
6246                                 continue;
6247
6248                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6249                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6250                                 unsigned long kernel_pages;
6251                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6252                                                                 - start_pfn;
6253
6254                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6255                                                         kernelcore_remaining);
6256                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6257                                                         required_kernelcore);
6258
6259                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6260                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6261
6262                                         /*
6263                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6264                                          * that if we have to rebalance
6265                                          * kernelcore across nodes, we will
6266                                          * not double account here
6267                                          */
6268                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6269                                         continue;
6270                                 }
6271                                 start_pfn = usable_startpfn;
6272                         }
6273
6274                         /*
6275                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6276                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6277                          * number of pages used as kernelcore
6278                          */
6279                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6280                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6281                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6282                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6283
6284                         /*
6285                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6286                          * break if the kernelcore for this node has been
6287                          * satisfied
6288                          */
6289                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6290                                                                 size_pages);
6291                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6292                         if (!kernelcore_remaining)
6293                                 break;
6294                 }
6295         }
6296
6297         /*
6298          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6299          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6300          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6301          * satisfied
6302          */
6303         usable_nodes--;
6304         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6305                 goto restart;
6306
6307 out2:
6308         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6309         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6310                 zone_movable_pfn[nid] =
6311                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6312
6313 out:
6314         /* restore the node_state */
6315         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6316 }
6317
6318 /* Any regular or high memory on that node ? */
6319 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6320 {
6321         enum zone_type zone_type;
6322
6323         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6324                 return;
6325
6326         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6327                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6328                 if (populated_zone(zone)) {
6329                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6330                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6331                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6332                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6333                         break;
6334                 }
6335         }
6336 }
6337
6338 /**
6339  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6340  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6341  *
6342  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6343  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6344  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6345  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6346  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6347  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6348  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6349  * at arch_max_dma_pfn.
6350  */
6351 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6352 {
6353         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6354         int i, nid;
6355
6356         /* Record where the zone boundaries are */
6357         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6358                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6359         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6360                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6361
6362         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6363
6364         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6365                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6366                         continue;
6367
6368                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6369                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6370                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6371
6372                 start_pfn = end_pfn;
6373         }
6374         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6375         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6376
6377         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6378         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6379         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6380
6381         /* Print out the zone ranges */
6382         pr_info("Zone ranges:\n");
6383         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6384                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6385                         continue;
6386                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6387                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6388                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6389                         pr_cont("empty\n");
6390                 else
6391                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6392                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6393                                         << PAGE_SHIFT,
6394                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6395                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6396         }
6397
6398         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6399         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6400         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6401                 if (zone_movable_pfn[i])
6402                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6403                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6404         }
6405
6406         /* Print out the early node map */
6407         pr_info("Early memory node ranges\n");
6408         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6409                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6410                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6411                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6412
6413         /* Initialise every node */
6414         mminit_verify_pageflags_layout();
6415         setup_nr_node_ids();
6416         for_each_online_node(nid) {
6417                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6418                 free_area_init_node(nid, NULL,
6419                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6420
6421                 /* Any memory on that node */
6422                 if (pgdat->node_present_pages)
6423                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6424                 check_for_memory(pgdat, nid);
6425         }
6426 }
6427
6428 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6429 {
6430         unsigned long long coremem;
6431         if (!p)
6432                 return -EINVAL;
6433
6434         coremem = memparse(p, &p);
6435         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6436
6437         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6438         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6439
6440         return 0;
6441 }
6442
6443 /*
6444  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6445  * cannot be reclaimed or migrated.
6446  */
6447 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6448 {
6449         /* parse kernelcore=mirror */
6450         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6451                 mirrored_kernelcore = true;
6452                 return 0;
6453         }
6454
6455         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6456 }
6457
6458 /*
6459  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6460  * can be reclaimed or migrated.
6461  */
6462 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6463 {
6464         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6465 }
6466
6467 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6468 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6469
6470 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6471
6472 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6473 {
6474         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6475         page_zone(page)->managed_pages += count;
6476         totalram_pages += count;
6477 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6478         if (PageHighMem(page))
6479                 totalhigh_pages += count;
6480 #endif
6481         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6482 }
6483 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6484
6485 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6486 {
6487         void *pos;
6488         unsigned long pages = 0;
6489
6490         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6491         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6492         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6493                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6494                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6495                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6496         }
6497
6498         if (pages && s)
6499                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6500                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6501
6502         return pages;
6503 }
6504 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6505
6506 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6507 void free_highmem_page(struct page *page)
6508 {
6509         __free_reserved_page(page);
6510         totalram_pages++;
6511         page_zone(page)->managed_pages++;
6512         totalhigh_pages++;
6513 }
6514 #endif
6515
6516
6517 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6518 {
6519         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6520         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6521
6522         physpages = get_num_physpages();
6523         codesize = _etext - _stext;
6524         datasize = _edata - _sdata;
6525         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6526         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6527         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6528         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6529
6530         /*
6531          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6532          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6533          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6534          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6535          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6536          */
6537 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6538         do { \
6539                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6540                         size -= adj; \
6541         } while (0)
6542
6543         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6544                      _sinittext, init_code_size);
6545         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6546         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6547         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6548         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6549
6550 #undef  adj_init_size
6551
6552         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6553 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6554                 ", %luK highmem"
6555 #endif
6556                 "%s%s)\n",
6557                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6558                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6559                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6560                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6561                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6562                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6563 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6564                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6565 #endif
6566                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6567 }
6568
6569 /**
6570  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6571  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6572  *
6573  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6574  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6575  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6576  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6577  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6578  * smaller per-cpu batchsize.
6579  */
6580 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6581 {
6582         dma_reserve = new_dma_reserve;
6583 }
6584
6585 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6586 {
6587         free_area_init_node(0, zones_size,
6588                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6589 }
6590
6591 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6592                                  unsigned long action, void *hcpu)
6593 {
6594         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6595
6596         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6597                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6598                 drain_pages(cpu);
6599
6600                 /*
6601                  * Spill the event counters of the dead processor
6602                  * into the current processors event counters.
6603                  * This artificially elevates the count of the current
6604                  * processor.
6605                  */
6606                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6607
6608                 /*
6609                  * Zero the differential counters of the dead processor
6610                  * so that the vm statistics are consistent.
6611                  *
6612                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6613                  * race with what we are doing.
6614                  */
6615                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6616         }
6617         return NOTIFY_OK;
6618 }
6619
6620 void __init page_alloc_init(void)
6621 {
6622         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6623 }
6624
6625 /*
6626  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6627  *      or min_free_kbytes changes.
6628  */
6629 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6630 {
6631         struct pglist_data *pgdat;
6632         unsigned long reserve_pages = 0;
6633         enum zone_type i, j;
6634
6635         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6636
6637                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6638
6639                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6640                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6641                         long max = 0;
6642
6643                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6644                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6645                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6646                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6647                         }
6648
6649                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6650                         max += high_wmark_pages(zone);
6651
6652                         if (max > zone->managed_pages)
6653                                 max = zone->managed_pages;
6654
6655                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6656
6657                         reserve_pages += max;
6658                 }
6659         }
6660         totalreserve_pages = reserve_pages;
6661 }
6662
6663 /*
6664  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6665  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6666  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6667  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6668  */
6669 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6670 {
6671         struct pglist_data *pgdat;
6672         enum zone_type j, idx;
6673
6674         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6675                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6676                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6677                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6678
6679                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6680
6681                         idx = j;
6682                         while (idx) {
6683                                 struct zone *lower_zone;
6684
6685                                 idx--;
6686
6687                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6688                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6689
6690                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6691                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6692                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6693                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6694                         }
6695                 }
6696         }
6697
6698         /* update totalreserve_pages */
6699         calculate_totalreserve_pages();
6700 }
6701
6702 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6703 {
6704         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6705         unsigned long lowmem_pages = 0;
6706         struct zone *zone;
6707         unsigned long flags;
6708
6709         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6710         for_each_zone(zone) {
6711                 if (!is_highmem(zone))
6712                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6713         }
6714
6715         for_each_zone(zone) {
6716                 u64 tmp;
6717
6718                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6719                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6720                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6721                 if (is_highmem(zone)) {
6722                         /*
6723                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6724                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6725                          * value here.
6726                          *
6727                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6728                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6729                          * not be capped for highmem.
6730                          */
6731                         unsigned long min_pages;
6732
6733                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6734                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6735                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6736                 } else {
6737                         /*
6738                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6739                          * proportionate to the zone's size.
6740                          */
6741                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6742                 }
6743
6744                 /*
6745                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6746                  * scale factor in proportion to available memory, but
6747                  * ensure a minimum size on small systems.
6748                  */
6749                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6750                             mult_frac(zone->managed_pages,
6751                                       watermark_scale_factor, 10000));
6752
6753                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6754                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6755
6756                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6757         }
6758
6759         /* update totalreserve_pages */
6760         calculate_totalreserve_pages();
6761 }
6762
6763 /**
6764  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6765  * or when memory is hot-{added|removed}
6766  *
6767  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6768  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6769  */
6770 void setup_per_zone_wmarks(void)
6771 {
6772         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6773         __setup_per_zone_wmarks();
6774         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6775 }
6776
6777 /*
6778  * Initialise min_free_kbytes.
6779  *
6780  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6781  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6782  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6783  *
6784  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6785  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6786  *
6787  * which yields
6788  *
6789  * 16MB:        512k
6790  * 32MB:        724k
6791  * 64MB:        1024k
6792  * 128MB:       1448k
6793  * 256MB:       2048k
6794  * 512MB:       2896k
6795  * 1024MB:      4096k
6796  * 2048MB:      5792k
6797  * 4096MB:      8192k
6798  * 8192MB:      11584k
6799  * 16384MB:     16384k
6800  */
6801 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6802 {
6803         unsigned long lowmem_kbytes;
6804         int new_min_free_kbytes;
6805
6806         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6807         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6808
6809         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6810                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6811                 if (min_free_kbytes < 128)
6812                         min_free_kbytes = 128;
6813                 if (min_free_kbytes > 65536)
6814                         min_free_kbytes = 65536;
6815         } else {
6816                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6817                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6818         }
6819         setup_per_zone_wmarks();
6820         refresh_zone_stat_thresholds();
6821         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6822
6823 #ifdef CONFIG_NUMA
6824         setup_min_unmapped_ratio();
6825         setup_min_slab_ratio();
6826 #endif
6827
6828         return 0;
6829 }
6830 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6831
6832 /*
6833  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6834  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6835  *      changes.
6836  */
6837 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6838         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6839 {
6840         int rc;
6841
6842         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6843         if (rc)
6844                 return rc;
6845
6846         if (write) {
6847                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6848                 setup_per_zone_wmarks();
6849         }
6850         return 0;
6851 }
6852
6853 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6854         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6855 {
6856         int rc;
6857
6858         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6859         if (rc)
6860                 return rc;
6861
6862         if (write)
6863                 setup_per_zone_wmarks();
6864
6865         return 0;
6866 }
6867
6868 #ifdef CONFIG_NUMA
6869 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6870 {
6871         pg_data_t *pgdat;
6872         struct zone *zone;
6873
6874         for_each_online_pgdat(pgdat)
6875                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6876
6877         for_each_zone(zone)
6878                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
6879                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6880 }
6881
6882
6883 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6884         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6885 {
6886         int rc;
6887
6888         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6889         if (rc)
6890                 return rc;
6891
6892         setup_min_unmapped_ratio();
6893
6894         return 0;
6895 }
6896
6897 static void setup_min_slab_ratio(void)
6898 {
6899         pg_data_t *pgdat;
6900         struct zone *zone;
6901
6902         for_each_online_pgdat(pgdat)
6903                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6904
6905         for_each_zone(zone)
6906                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
6907                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6908 }
6909
6910 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6911         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6912 {
6913         int rc;
6914
6915         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6916         if (rc)
6917                 return rc;
6918
6919         setup_min_slab_ratio();
6920
6921         return 0;
6922 }
6923 #endif
6924
6925 /*
6926  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6927  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6928  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6929  *
6930  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6931  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6932  * if in function of the boot time zone sizes.
6933  */
6934 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6935         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6936 {
6937         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6938         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6939         return 0;
6940 }
6941
6942 /*
6943  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6944  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6945  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6946  */
6947 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6948         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6949 {
6950         struct zone *zone;
6951         int old_percpu_pagelist_fraction;
6952         int ret;
6953
6954         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6955         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6956
6957         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6958         if (!write || ret < 0)
6959                 goto out;
6960
6961         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6962         if (percpu_pagelist_fraction &&
6963             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6964                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6965                 ret = -EINVAL;
6966                 goto out;
6967         }
6968
6969         /* No change? */
6970         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6971                 goto out;
6972
6973         for_each_populated_zone(zone) {
6974                 unsigned int cpu;
6975
6976                 for_each_possible_cpu(cpu)
6977                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6978                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6979         }
6980 out:
6981         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6982         return ret;
6983 }
6984
6985 #ifdef CONFIG_NUMA
6986 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6987
6988 static int __init set_hashdist(char *str)
6989 {
6990         if (!str)
6991                 return 0;
6992         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6993         return 1;
6994 }
6995 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6996 #endif
6997
6998 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
6999 /*
7000  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7001  * is not known to alloc_large_system_hash().
7002  */
7003 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7004 {
7005         return 0;
7006 }
7007 #endif
7008
7009 /*
7010  * allocate a large system hash table from bootmem
7011  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7012  *   quantity of entries
7013  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7014  */
7015 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7016                                      unsigned long bucketsize,
7017                                      unsigned long numentries,
7018                                      int scale,
7019                                      int flags,
7020                                      unsigned int *_hash_shift,
7021                                      unsigned int *_hash_mask,
7022                                      unsigned long low_limit,
7023                                      unsigned long high_limit)
7024 {
7025         unsigned long long max = high_limit;
7026         unsigned long log2qty, size;
7027         void *table = NULL;
7028
7029         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7030         if (!numentries) {
7031                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7032                 numentries = nr_kernel_pages;
7033                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7034
7035                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7036                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7037                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7038
7039                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7040                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7041                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7042                 else
7043                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7044
7045                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7046                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7047                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7048                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7049                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7050                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7051                                 BUG_ON(!numentries);
7052                         }
7053                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7054                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7055         }
7056         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7057
7058         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7059         if (max == 0) {
7060                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7061                 do_div(max, bucketsize);
7062         }
7063         max = min(max, 0x80000000ULL);
7064
7065         if (numentries < low_limit)
7066                 numentries = low_limit;
7067         if (numentries > max)
7068                 numentries = max;
7069
7070         log2qty = ilog2(numentries);
7071
7072         do {
7073                 size = bucketsize << log2qty;
7074                 if (flags & HASH_EARLY)
7075                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7076                 else if (hashdist)
7077                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7078                 else {
7079                         /*
7080                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7081                          * some pages at the end of hash table which
7082                          * alloc_pages_exact() automatically does
7083                          */
7084                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7085                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7086                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7087                         }
7088                 }
7089         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7090
7091         if (!table)
7092                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7093
7094         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7095                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7096
7097         if (_hash_shift)
7098                 *_hash_shift = log2qty;
7099         if (_hash_mask)
7100                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7101
7102         return table;
7103 }
7104
7105 /*
7106  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7107  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7108  *
7109  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7110  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7111  * expect this function should be exact.
7112  */
7113 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7114                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7115 {
7116         unsigned long pfn, iter, found;
7117         int mt;
7118
7119         /*
7120          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7121          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7122          */
7123         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7124                 return false;
7125         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7126         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7127                 return false;
7128
7129         pfn = page_to_pfn(page);
7130         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7131                 unsigned long check = pfn + iter;
7132
7133                 if (!pfn_valid_within(check))
7134                         continue;
7135
7136                 page = pfn_to_page(check);
7137
7138                 /*
7139                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7140                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7141                  * handle each tail page individually in migration.
7142                  */
7143                 if (PageHuge(page)) {
7144                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7145                         continue;
7146                 }
7147
7148                 /*
7149                  * We can't use page_count without pin a page
7150                  * because another CPU can free compound page.
7151                  * This check already skips compound tails of THP
7152                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7153                  */
7154                 if (!page_ref_count(page)) {
7155                         if (PageBuddy(page))
7156                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7157                         continue;
7158                 }
7159
7160                 /*
7161                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7162                  * page_count() is not 0.
7163                  */
7164                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7165                         continue;
7166
7167                 if (!PageLRU(page))
7168                         found++;
7169                 /*
7170                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7171                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7172                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7173                  */
7174                 /*
7175                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7176                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7177                  *
7178                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7179                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7180                  * page at boot.
7181                  */
7182                 if (found > count)
7183                         return true;
7184         }
7185         return false;
7186 }
7187
7188 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7189 {
7190         struct zone *zone;
7191         unsigned long pfn;
7192
7193         /*
7194          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7195          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7196          * the zone but still within the section.
7197          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7198          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7199          */
7200         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7201                 return false;
7202
7203         zone = page_zone(page);
7204         pfn = page_to_pfn(page);
7205         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7206                 return false;
7207
7208         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7209 }
7210
7211 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7212
7213 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7214 {
7215         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7216                              pageblock_nr_pages) - 1);
7217 }
7218
7219 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7220 {
7221         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7222                                 pageblock_nr_pages));
7223 }
7224
7225 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7226 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7227                                         unsigned long start, unsigned long end)
7228 {
7229         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7230         unsigned long nr_reclaimed;
7231         unsigned long pfn = start;
7232         unsigned int tries = 0;
7233         int ret = 0;
7234
7235         migrate_prep();
7236
7237         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7238                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7239                         ret = -EINTR;
7240                         break;
7241                 }
7242
7243                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7244                         cc->nr_migratepages = 0;
7245                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7246                         if (!pfn) {
7247                                 ret = -EINTR;
7248                                 break;
7249                         }
7250                         tries = 0;
7251                 } else if (++tries == 5) {
7252                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7253                         break;
7254                 }
7255
7256                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7257                                                         &cc->migratepages);
7258                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7259
7260                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7261                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7262         }
7263         if (ret < 0) {
7264                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7265                 return ret;
7266         }
7267         return 0;
7268 }
7269
7270 /**
7271  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7272  * @start:      start PFN to allocate
7273  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7274  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7275  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7276  *                      in range must have the same migratetype and it must
7277  *                      be either of the two.
7278  *
7279  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7280  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7281  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7282  * pages fall in.
7283  *
7284  * The PFN range must belong to a single zone.
7285  *
7286  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7287  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7288  * need to be freed with free_contig_range().
7289  */
7290 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7291                        unsigned migratetype)
7292 {
7293         unsigned long outer_start, outer_end;
7294         unsigned int order;
7295         int ret = 0;
7296
7297         struct compact_control cc = {
7298                 .nr_migratepages = 0,
7299                 .order = -1,
7300                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7301                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7302                 .ignore_skip_hint = true,
7303         };
7304         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7305
7306         /*
7307          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7308          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7309          * have different sizes, and due to the way page allocator
7310          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7311          * that page allocator won't try to merge buddies from
7312          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7313          * other migration type.
7314          *
7315          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7316          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7317          * we are interested in).  This will put all the pages in
7318          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7319          *
7320          * When this is done, we take the pages in range from page
7321          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7322          * page allocator will never consider using them.
7323          *
7324          * This lets us mark the pageblocks back as
7325          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7326          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7327          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7328          */
7329
7330         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7331                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7332                                        false);
7333         if (ret)
7334                 return ret;
7335
7336         /*
7337          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7338          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7339          */
7340         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7341         if (ret && ret != -EBUSY)
7342                 goto done;
7343
7344         /*
7345          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7346          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7347          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7348          * What we are going to do is to allocate all pages from
7349          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7350          *
7351          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7352          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7353          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7354          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7355          * once this is done free the pages we are not interested in.
7356          *
7357          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7358          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7359          */
7360
7361         lru_add_drain_all();
7362         drain_all_pages(cc.zone);
7363
7364         order = 0;
7365         outer_start = start;
7366         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7367                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7368                         outer_start = start;
7369                         break;
7370                 }
7371                 outer_start &= ~0UL << order;
7372         }
7373
7374         if (outer_start != start) {
7375                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7376
7377                 /*
7378                  * outer_start page could be small order buddy page and
7379                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7380                  * in this case to report failed page properly
7381                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7382                  */
7383                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7384                         outer_start = start;
7385         }
7386
7387         /* Make sure the range is really isolated. */
7388         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7389                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7390                         __func__, outer_start, end);
7391                 ret = -EBUSY;
7392                 goto done;
7393         }
7394
7395         /* Grab isolated pages from freelists. */
7396         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7397         if (!outer_end) {
7398                 ret = -EBUSY;
7399                 goto done;
7400         }
7401
7402         /* Free head and tail (if any) */
7403         if (start != outer_start)
7404                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7405         if (end != outer_end)
7406                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7407
7408 done:
7409         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7410                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7411         return ret;
7412 }
7413
7414 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7415 {
7416         unsigned int count = 0;
7417
7418         for (; nr_pages--; pfn++) {
7419                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7420
7421                 count += page_count(page) != 1;
7422                 __free_page(page);
7423         }
7424         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7425 }
7426 #endif
7427
7428 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7429 /*
7430  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7431  * page high values need to be recalulated.
7432  */
7433 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7434 {
7435         unsigned cpu;
7436         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7437         for_each_possible_cpu(cpu)
7438                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7439                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7440         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7441 }
7442 #endif
7443
7444 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7445 {
7446         unsigned long flags;
7447         int cpu;
7448         struct per_cpu_pageset *pset;
7449
7450         /* avoid races with drain_pages()  */
7451         local_irq_save(flags);
7452         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7453                 for_each_online_cpu(cpu) {
7454                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7455                         drain_zonestat(zone, pset);
7456                 }
7457                 free_percpu(zone->pageset);
7458                 zone->pageset = &boot_pageset;
7459         }
7460         local_irq_restore(flags);
7461 }
7462
7463 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7464 /*
7465  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7466  * before calling this.
7467  */
7468 void
7469 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7470 {
7471         struct page *page;
7472         struct zone *zone;
7473         unsigned int order, i;
7474         unsigned long pfn;
7475         unsigned long flags;
7476         /* find the first valid pfn */
7477         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7478                 if (pfn_valid(pfn))
7479                         break;
7480         if (pfn == end_pfn)
7481                 return;
7482         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7483         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7484         pfn = start_pfn;
7485         while (pfn < end_pfn) {
7486                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7487                         pfn++;
7488                         continue;
7489                 }
7490                 page = pfn_to_page(pfn);
7491                 /*
7492                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7493                  * page_count() is not 0.
7494                  */
7495                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7496                         pfn++;
7497                         SetPageReserved(page);
7498                         continue;
7499                 }
7500
7501                 BUG_ON(page_count(page));
7502                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7503                 order = page_order(page);
7504 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7505                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7506                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7507 #endif
7508                 list_del(&page->lru);
7509                 rmv_page_order(page);
7510                 zone->free_area[order].nr_free--;
7511                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7512                         SetPageReserved((page+i));
7513                 pfn += (1 << order);
7514         }
7515         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7516 }
7517 #endif
7518
7519 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7520 {
7521         struct zone *zone = page_zone(page);
7522         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7523         unsigned long flags;
7524         unsigned int order;
7525
7526         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7527         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7528                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7529
7530                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7531                         break;
7532         }
7533         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7534
7535         return order < MAX_ORDER;
7536 }