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