nmi_backtrace: generate one-line reports for idle cpus
[cascardo/linux.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page_ext.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67
68 #include <asm/sections.h>
69 #include <asm/tlbflush.h>
70 #include <asm/div64.h>
71 #include "internal.h"
72
73 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
74 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
75 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
76
77 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
78 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
79 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
80 #endif
81
82 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
83 /*
84  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
85  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
86  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
87  * defined in <linux/topology.h>.
88  */
89 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
90 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
91 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
92 #endif
93
94 /*
95  * Array of node states.
96  */
97 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
98         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
99         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
100 #ifndef CONFIG_NUMA
101         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
102 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
103         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
104 #endif
105 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
106         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
107 #endif
108         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
109 #endif  /* NUMA */
110 };
111 EXPORT_SYMBOL(node_states);
112
113 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
114 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
115
116 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
118 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
119
120 int percpu_pagelist_fraction;
121 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
122
123 /*
124  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
125  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
126  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
127  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
128  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
129  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
130  */
131 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
132 {
133         return page->index;
134 }
135
136 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
137 {
138         page->index = migratetype;
139 }
140
141 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
142 /*
143  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
144  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
145  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
146  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
147  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
148  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
149  */
150
151 static gfp_t saved_gfp_mask;
152
153 void pm_restore_gfp_mask(void)
154 {
155         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
156         if (saved_gfp_mask) {
157                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
158                 saved_gfp_mask = 0;
159         }
160 }
161
162 void pm_restrict_gfp_mask(void)
163 {
164         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
165         WARN_ON(saved_gfp_mask);
166         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
167         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
168 }
169
170 bool pm_suspended_storage(void)
171 {
172         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
173                 return false;
174         return true;
175 }
176 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
177
178 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
179 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
180 #endif
181
182 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
183
184 /*
185  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
186  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
187  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
188  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
189  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
190  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
191  *
192  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
193  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
194  */
195 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
196 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
197          256,
198 #endif
199 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
200          256,
201 #endif
202 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
203          32,
204 #endif
205          32,
206 };
207
208 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
209
210 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
211 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
212          "DMA",
213 #endif
214 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
215          "DMA32",
216 #endif
217          "Normal",
218 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
219          "HighMem",
220 #endif
221          "Movable",
222 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
223          "Device",
224 #endif
225 };
226
227 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
228         "Unmovable",
229         "Movable",
230         "Reclaimable",
231         "HighAtomic",
232 #ifdef CONFIG_CMA
233         "CMA",
234 #endif
235 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
236         "Isolate",
237 #endif
238 };
239
240 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
241         NULL,
242         free_compound_page,
243 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
244         free_huge_page,
245 #endif
246 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
247         free_transhuge_page,
248 #endif
249 };
250
251 int min_free_kbytes = 1024;
252 int user_min_free_kbytes = -1;
253 int watermark_scale_factor = 10;
254
255 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
256 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
257 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
258
259 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
260 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
261 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
262 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
263 static unsigned long __initdata required_movablecore;
264 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
265 static bool mirrored_kernelcore;
266
267 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
268 int movable_zone;
269 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
270 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
271
272 #if MAX_NUMNODES > 1
273 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
274 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
275 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
276 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
277 #endif
278
279 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
280
281 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
282 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
283 {
284         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
285 }
286
287 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
288 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
289 {
290         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
291
292         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
293                 return true;
294
295         return false;
296 }
297
298 /*
299  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
300  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
301  */
302 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
303                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
304                                 unsigned long *nr_initialised)
305 {
306         unsigned long max_initialise;
307
308         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
309         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
310                 return true;
311         /*
312          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
313          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
314          */
315         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
316                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
317
318         (*nr_initialised)++;
319         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
320             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
321                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
322                 return false;
323         }
324
325         return true;
326 }
327 #else
328 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
329 {
330 }
331
332 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
333 {
334         return false;
335 }
336
337 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
338                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
339                                 unsigned long *nr_initialised)
340 {
341         return true;
342 }
343 #endif
344
345 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
346 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
347                                                         unsigned long pfn)
348 {
349 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
350         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
351 #else
352         return page_zone(page)->pageblock_flags;
353 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
354 }
355
356 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
357 {
358 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
359         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
360         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
361 #else
362         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
363         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
364 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
365 }
366
367 /**
368  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
369  * @page: The page within the block of interest
370  * @pfn: The target page frame number
371  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
372  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
373  *
374  * Return: pageblock_bits flags
375  */
376 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
377                                         unsigned long pfn,
378                                         unsigned long end_bitidx,
379                                         unsigned long mask)
380 {
381         unsigned long *bitmap;
382         unsigned long bitidx, word_bitidx;
383         unsigned long word;
384
385         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
386         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
387         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
388         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
389
390         word = bitmap[word_bitidx];
391         bitidx += end_bitidx;
392         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
393 }
394
395 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
396                                         unsigned long end_bitidx,
397                                         unsigned long mask)
398 {
399         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
400 }
401
402 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
403 {
404         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
405 }
406
407 /**
408  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
409  * @page: The page within the block of interest
410  * @flags: The flags to set
411  * @pfn: The target page frame number
412  * @end_bitidx: The last bit of interest
413  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
414  */
415 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
416                                         unsigned long pfn,
417                                         unsigned long end_bitidx,
418                                         unsigned long mask)
419 {
420         unsigned long *bitmap;
421         unsigned long bitidx, word_bitidx;
422         unsigned long old_word, word;
423
424         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
425
426         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
427         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
428         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
429         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
430
431         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
432
433         bitidx += end_bitidx;
434         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
435         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
436
437         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
438         for (;;) {
439                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
440                 if (word == old_word)
441                         break;
442                 word = old_word;
443         }
444 }
445
446 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
447 {
448         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
449                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
450                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
451
452         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
453                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
454 }
455
456 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
457 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
458 {
459         int ret = 0;
460         unsigned seq;
461         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
462         unsigned long sp, start_pfn;
463
464         do {
465                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
466                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
467                 sp = zone->spanned_pages;
468                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
469                         ret = 1;
470         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
471
472         if (ret)
473                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
474                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
475                         start_pfn, start_pfn + sp);
476
477         return ret;
478 }
479
480 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
481 {
482         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
483                 return 0;
484         if (zone != page_zone(page))
485                 return 0;
486
487         return 1;
488 }
489 /*
490  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
491  */
492 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
493 {
494         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
495                 return 1;
496         if (!page_is_consistent(zone, page))
497                 return 1;
498
499         return 0;
500 }
501 #else
502 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
503 {
504         return 0;
505 }
506 #endif
507
508 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
509                 unsigned long bad_flags)
510 {
511         static unsigned long resume;
512         static unsigned long nr_shown;
513         static unsigned long nr_unshown;
514
515         /*
516          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
517          * or allow a steady drip of one report per second.
518          */
519         if (nr_shown == 60) {
520                 if (time_before(jiffies, resume)) {
521                         nr_unshown++;
522                         goto out;
523                 }
524                 if (nr_unshown) {
525                         pr_alert(
526                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
527                                 nr_unshown);
528                         nr_unshown = 0;
529                 }
530                 nr_shown = 0;
531         }
532         if (nr_shown++ == 0)
533                 resume = jiffies + 60 * HZ;
534
535         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
536                 current->comm, page_to_pfn(page));
537         __dump_page(page, reason);
538         bad_flags &= page->flags;
539         if (bad_flags)
540                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
541                                                 bad_flags, &bad_flags);
542         dump_page_owner(page);
543
544         print_modules();
545         dump_stack();
546 out:
547         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
548         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
549         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
550 }
551
552 /*
553  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
554  *
555  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
556  *
557  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
558  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
559  *
560  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
561  * page destructors. See compound_page_dtors.
562  *
563  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
564  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
565  */
566
567 void free_compound_page(struct page *page)
568 {
569         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
570 }
571
572 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
573 {
574         int i;
575         int nr_pages = 1 << order;
576
577         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
578         set_compound_order(page, order);
579         __SetPageHead(page);
580         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
581                 struct page *p = page + i;
582                 set_page_count(p, 0);
583                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
584                 set_compound_head(p, page);
585         }
586         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
587 }
588
589 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
590 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
591 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
592                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
593 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
594 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
595
596 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
597 {
598         if (!buf)
599                 return -EINVAL;
600         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
601 }
602 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
603
604 static bool need_debug_guardpage(void)
605 {
606         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
607         if (!debug_pagealloc_enabled())
608                 return false;
609
610         if (!debug_guardpage_minorder())
611                 return false;
612
613         return true;
614 }
615
616 static void init_debug_guardpage(void)
617 {
618         if (!debug_pagealloc_enabled())
619                 return;
620
621         if (!debug_guardpage_minorder())
622                 return;
623
624         _debug_guardpage_enabled = true;
625 }
626
627 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
628         .need = need_debug_guardpage,
629         .init = init_debug_guardpage,
630 };
631
632 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
633 {
634         unsigned long res;
635
636         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
637                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
638                 return 0;
639         }
640         _debug_guardpage_minorder = res;
641         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
642         return 0;
643 }
644 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
645
646 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
647                                 unsigned int order, int migratetype)
648 {
649         struct page_ext *page_ext;
650
651         if (!debug_guardpage_enabled())
652                 return false;
653
654         if (order >= debug_guardpage_minorder())
655                 return false;
656
657         page_ext = lookup_page_ext(page);
658         if (unlikely(!page_ext))
659                 return false;
660
661         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
662
663         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
664         set_page_private(page, order);
665         /* Guard pages are not available for any usage */
666         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
667
668         return true;
669 }
670
671 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
672                                 unsigned int order, int migratetype)
673 {
674         struct page_ext *page_ext;
675
676         if (!debug_guardpage_enabled())
677                 return;
678
679         page_ext = lookup_page_ext(page);
680         if (unlikely(!page_ext))
681                 return;
682
683         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
684
685         set_page_private(page, 0);
686         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
687                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
688 }
689 #else
690 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
691 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
692                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
693 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
694                                 unsigned int order, int migratetype) {}
695 #endif
696
697 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
698 {
699         set_page_private(page, order);
700         __SetPageBuddy(page);
701 }
702
703 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
704 {
705         __ClearPageBuddy(page);
706         set_page_private(page, 0);
707 }
708
709 /*
710  * This function checks whether a page is free && is the buddy
711  * we can do coalesce a page and its buddy if
712  * (a) the buddy is not in a hole &&
713  * (b) the buddy is in the buddy system &&
714  * (c) a page and its buddy have the same order &&
715  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
716  *
717  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
718  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
719  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
720  * serialized by zone->lock.
721  *
722  * For recording page's order, we use page_private(page).
723  */
724 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
725                                                         unsigned int order)
726 {
727         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
728                 return 0;
729
730         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
731                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
732                         return 0;
733
734                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
735
736                 return 1;
737         }
738
739         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
740                 /*
741                  * zone check is done late to avoid uselessly
742                  * calculating zone/node ids for pages that could
743                  * never merge.
744                  */
745                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
746                         return 0;
747
748                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
749
750                 return 1;
751         }
752         return 0;
753 }
754
755 /*
756  * Freeing function for a buddy system allocator.
757  *
758  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
759  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
760  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
761  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
762  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
763  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
764  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
765  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
766  * parts of the VM system.
767  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
768  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
769  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
770  * field.
771  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
772  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
773  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
774  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
775  * triggers coalescing into a block of larger size.
776  *
777  * -- nyc
778  */
779
780 static inline void __free_one_page(struct page *page,
781                 unsigned long pfn,
782                 struct zone *zone, unsigned int order,
783                 int migratetype)
784 {
785         unsigned long page_idx;
786         unsigned long combined_idx;
787         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
788         struct page *buddy;
789         unsigned int max_order;
790
791         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
792
793         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
794         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
795
796         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
797         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
798                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
799
800         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
801
802         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
803         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
804
805 continue_merging:
806         while (order < max_order - 1) {
807                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
808                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
809                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
810                         goto done_merging;
811                 /*
812                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
813                  * merge with it and move up one order.
814                  */
815                 if (page_is_guard(buddy)) {
816                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
817                 } else {
818                         list_del(&buddy->lru);
819                         zone->free_area[order].nr_free--;
820                         rmv_page_order(buddy);
821                 }
822                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
823                 page = page + (combined_idx - page_idx);
824                 page_idx = combined_idx;
825                 order++;
826         }
827         if (max_order < MAX_ORDER) {
828                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
829                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
830                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
831                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
832                  *
833                  * We don't want to hit this code for the more frequent
834                  * low-order merging.
835                  */
836                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
837                         int buddy_mt;
838
839                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
840                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
841                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
842
843                         if (migratetype != buddy_mt
844                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
845                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
846                                 goto done_merging;
847                 }
848                 max_order++;
849                 goto continue_merging;
850         }
851
852 done_merging:
853         set_page_order(page, order);
854
855         /*
856          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
857          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
858          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
859          * that is happening, add the free page to the tail of the list
860          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
861          * as a higher order page
862          */
863         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
864                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
865                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
866                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
867                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
868                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
869                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
870                         list_add_tail(&page->lru,
871                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
872                         goto out;
873                 }
874         }
875
876         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
877 out:
878         zone->free_area[order].nr_free++;
879 }
880
881 /*
882  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
883  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
884  * check if necessary.
885  */
886 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
887                                         unsigned long check_flags)
888 {
889         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
890                 return false;
891
892         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
893                         page_ref_count(page) |
894 #ifdef CONFIG_MEMCG
895                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
896 #endif
897                         (page->flags & check_flags)))
898                 return false;
899
900         return true;
901 }
902
903 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
904 {
905         const char *bad_reason;
906         unsigned long bad_flags;
907
908         bad_reason = NULL;
909         bad_flags = 0;
910
911         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
912                 bad_reason = "nonzero mapcount";
913         if (unlikely(page->mapping != NULL))
914                 bad_reason = "non-NULL mapping";
915         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
916                 bad_reason = "nonzero _refcount";
917         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
918                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
919                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
920         }
921 #ifdef CONFIG_MEMCG
922         if (unlikely(page->mem_cgroup))
923                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
924 #endif
925         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
926 }
927
928 static inline int free_pages_check(struct page *page)
929 {
930         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
931                 return 0;
932
933         /* Something has gone sideways, find it */
934         free_pages_check_bad(page);
935         return 1;
936 }
937
938 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
939 {
940         int ret = 1;
941
942         /*
943          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
944          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
945          */
946         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
947
948         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
949                 ret = 0;
950                 goto out;
951         }
952         switch (page - head_page) {
953         case 1:
954                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
955                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
956                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
957                         goto out;
958                 }
959                 break;
960         case 2:
961                 /*
962                  * the second tail page: ->mapping is
963                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
964                  */
965                 break;
966         default:
967                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
968                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
969                         goto out;
970                 }
971                 break;
972         }
973         if (unlikely(!PageTail(page))) {
974                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
975                 goto out;
976         }
977         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
978                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
979                 goto out;
980         }
981         ret = 0;
982 out:
983         page->mapping = NULL;
984         clear_compound_head(page);
985         return ret;
986 }
987
988 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
989                                         unsigned int order, bool check_free)
990 {
991         int bad = 0;
992
993         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
994
995         trace_mm_page_free(page, order);
996         kmemcheck_free_shadow(page, order);
997
998         /*
999          * Check tail pages before head page information is cleared to
1000          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1001          */
1002         if (unlikely(order)) {
1003                 bool compound = PageCompound(page);
1004                 int i;
1005
1006                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1007
1008                 if (compound)
1009                         ClearPageDoubleMap(page);
1010                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1011                         if (compound)
1012                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1013                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1014                                 bad++;
1015                                 continue;
1016                         }
1017                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1018                 }
1019         }
1020         if (PageMappingFlags(page))
1021                 page->mapping = NULL;
1022         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1023                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1024         if (check_free)
1025                 bad += free_pages_check(page);
1026         if (bad)
1027                 return false;
1028
1029         page_cpupid_reset_last(page);
1030         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1031         reset_page_owner(page, order);
1032
1033         if (!PageHighMem(page)) {
1034                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1035                                            PAGE_SIZE << order);
1036                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1037                                            PAGE_SIZE << order);
1038         }
1039         arch_free_page(page, order);
1040         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1041         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1042         kasan_free_pages(page, order);
1043
1044         return true;
1045 }
1046
1047 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1048 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1049 {
1050         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1051 }
1052
1053 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1054 {
1055         return false;
1056 }
1057 #else
1058 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1059 {
1060         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1061 }
1062
1063 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1064 {
1065         return free_pages_check(page);
1066 }
1067 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1068
1069 /*
1070  * Frees a number of pages from the PCP lists
1071  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1072  * count is the number of pages to free.
1073  *
1074  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1075  * see if this freeing clears that state.
1076  *
1077  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1078  * pinned" detection logic.
1079  */
1080 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1081                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1082 {
1083         int migratetype = 0;
1084         int batch_free = 0;
1085         unsigned long nr_scanned;
1086         bool isolated_pageblocks;
1087
1088         spin_lock(&zone->lock);
1089         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1090         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1091         if (nr_scanned)
1092                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1093
1094         while (count) {
1095                 struct page *page;
1096                 struct list_head *list;
1097
1098                 /*
1099                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1100                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1101                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1102                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1103                  * lists
1104                  */
1105                 do {
1106                         batch_free++;
1107                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1108                                 migratetype = 0;
1109                         list = &pcp->lists[migratetype];
1110                 } while (list_empty(list));
1111
1112                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1113                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1114                         batch_free = count;
1115
1116                 do {
1117                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1118
1119                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1120                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1121                         list_del(&page->lru);
1122
1123                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1124                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1125                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1126                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1127                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1128                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1129
1130                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1131                                 continue;
1132
1133                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1134                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1135                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1136         }
1137         spin_unlock(&zone->lock);
1138 }
1139
1140 static void free_one_page(struct zone *zone,
1141                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1142                                 unsigned int order,
1143                                 int migratetype)
1144 {
1145         unsigned long nr_scanned;
1146         spin_lock(&zone->lock);
1147         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1148         if (nr_scanned)
1149                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1150
1151         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1152                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1153                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1154         }
1155         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1156         spin_unlock(&zone->lock);
1157 }
1158
1159 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1160                                 unsigned long zone, int nid)
1161 {
1162         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1163         init_page_count(page);
1164         page_mapcount_reset(page);
1165         page_cpupid_reset_last(page);
1166
1167         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1168 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1169         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1170         if (!is_highmem_idx(zone))
1171                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1172 #endif
1173 }
1174
1175 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1176                                         int nid)
1177 {
1178         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1179 }
1180
1181 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1182 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1183 {
1184         pg_data_t *pgdat;
1185         int nid, zid;
1186
1187         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1188                 return;
1189
1190         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1191         pgdat = NODE_DATA(nid);
1192
1193         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1194                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1195
1196                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1197                         break;
1198         }
1199         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1200 }
1201 #else
1202 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1203 {
1204 }
1205 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1206
1207 /*
1208  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1209  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1210  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1211  * sent to the buddy page allocator.
1212  */
1213 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1214 {
1215         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1216         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1217
1218         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1219                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1220                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1221
1222                         init_reserved_page(start_pfn);
1223
1224                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1225                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1226
1227                         SetPageReserved(page);
1228                 }
1229         }
1230 }
1231
1232 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1233 {
1234         unsigned long flags;
1235         int migratetype;
1236         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1237
1238         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1239                 return;
1240
1241         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1242         local_irq_save(flags);
1243         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1244         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1245         local_irq_restore(flags);
1246 }
1247
1248 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1249 {
1250         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1251         struct page *p = page;
1252         unsigned int loop;
1253
1254         prefetchw(p);
1255         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1256                 prefetchw(p + 1);
1257                 __ClearPageReserved(p);
1258                 set_page_count(p, 0);
1259         }
1260         __ClearPageReserved(p);
1261         set_page_count(p, 0);
1262
1263         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1264         set_page_refcounted(page);
1265         __free_pages(page, order);
1266 }
1267
1268 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1269         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1270
1271 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1272
1273 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1274 {
1275         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1276         int nid;
1277
1278         spin_lock(&early_pfn_lock);
1279         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1280         if (nid < 0)
1281                 nid = first_online_node;
1282         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1283
1284         return nid;
1285 }
1286 #endif
1287
1288 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1289 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1290                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1291 {
1292         int nid;
1293
1294         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1295         if (nid >= 0 && nid != node)
1296                 return false;
1297         return true;
1298 }
1299
1300 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1301 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1302 {
1303         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1304 }
1305
1306 #else
1307
1308 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1309 {
1310         return true;
1311 }
1312 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1313                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1314 {
1315         return true;
1316 }
1317 #endif
1318
1319
1320 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1321                                                         unsigned int order)
1322 {
1323         if (early_page_uninitialised(pfn))
1324                 return;
1325         return __free_pages_boot_core(page, order);
1326 }
1327
1328 /*
1329  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1330  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1331  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1332  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1333  * pageblocks.
1334  *
1335  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1336  *
1337  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1338  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1339  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1340  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1341  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1342  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1343  * page in a pageblock.
1344  */
1345 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1346                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1347 {
1348         struct page *start_page;
1349         struct page *end_page;
1350
1351         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1352         end_pfn--;
1353
1354         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1355                 return NULL;
1356
1357         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1358
1359         if (page_zone(start_page) != zone)
1360                 return NULL;
1361
1362         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1363
1364         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1365         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1366                 return NULL;
1367
1368         return start_page;
1369 }
1370
1371 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1372 {
1373         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1374         unsigned long block_end_pfn;
1375
1376         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1377         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1378                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1379                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1380
1381                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1382
1383                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1384                                              block_end_pfn, zone))
1385                         return;
1386         }
1387
1388         /* We confirm that there is no hole */
1389         zone->contiguous = true;
1390 }
1391
1392 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1393 {
1394         zone->contiguous = false;
1395 }
1396
1397 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1398 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1399                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1400 {
1401         int i;
1402
1403         if (!page)
1404                 return;
1405
1406         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1407         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1408             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1409                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1410                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1411                 return;
1412         }
1413
1414         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1415                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1416                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1417                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1418         }
1419 }
1420
1421 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1422 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1423 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1424
1425 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1426 {
1427         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1428                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1429 }
1430
1431 /* Initialise remaining memory on a node */
1432 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1433 {
1434         pg_data_t *pgdat = data;
1435         int nid = pgdat->node_id;
1436         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1437         unsigned long start = jiffies;
1438         unsigned long nr_pages = 0;
1439         unsigned long walk_start, walk_end;
1440         int i, zid;
1441         struct zone *zone;
1442         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1443         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1444
1445         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1446                 pgdat_init_report_one_done();
1447                 return 0;
1448         }
1449
1450         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1451         if (!cpumask_empty(cpumask))
1452                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1453
1454         /* Sanity check boundaries */
1455         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1456         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1457         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1458
1459         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1460         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1461                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1462                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1463                         break;
1464         }
1465
1466         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1467                 unsigned long pfn, end_pfn;
1468                 struct page *page = NULL;
1469                 struct page *free_base_page = NULL;
1470                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1471                 int nr_to_free = 0;
1472
1473                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1474                 pfn = first_init_pfn;
1475                 if (pfn < walk_start)
1476                         pfn = walk_start;
1477                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1478                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1479
1480                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1481                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1482                                 goto free_range;
1483
1484                         /*
1485                          * Ensure pfn_valid is checked every
1486                          * pageblock_nr_pages for memory holes
1487                          */
1488                         if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1489                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1490                                         page = NULL;
1491                                         goto free_range;
1492                                 }
1493                         }
1494
1495                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1496                                 page = NULL;
1497                                 goto free_range;
1498                         }
1499
1500                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1501                         if (page && (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) != 0) {
1502                                 page++;
1503                         } else {
1504                                 nr_pages += nr_to_free;
1505                                 deferred_free_range(free_base_page,
1506                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1507                                 free_base_page = NULL;
1508                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1509
1510                                 page = pfn_to_page(pfn);
1511                                 cond_resched();
1512                         }
1513
1514                         if (page->flags) {
1515                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1516                                 goto free_range;
1517                         }
1518
1519                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1520                         if (!free_base_page) {
1521                                 free_base_page = page;
1522                                 free_base_pfn = pfn;
1523                                 nr_to_free = 0;
1524                         }
1525                         nr_to_free++;
1526
1527                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1528                         continue;
1529 free_range:
1530                         /* Free the current block of pages to allocator */
1531                         nr_pages += nr_to_free;
1532                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1533                                                                 nr_to_free);
1534                         free_base_page = NULL;
1535                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1536                 }
1537                 /* Free the last block of pages to allocator */
1538                 nr_pages += nr_to_free;
1539                 deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn, nr_to_free);
1540
1541                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1542         }
1543
1544         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1545         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1546
1547         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1548                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1549
1550         pgdat_init_report_one_done();
1551         return 0;
1552 }
1553 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1554
1555 void __init page_alloc_init_late(void)
1556 {
1557         struct zone *zone;
1558
1559 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1560         int nid;
1561
1562         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1563         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1564         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1565                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1566         }
1567
1568         /* Block until all are initialised */
1569         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1570
1571         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1572         files_maxfiles_init();
1573 #endif
1574
1575         for_each_populated_zone(zone)
1576                 set_zone_contiguous(zone);
1577 }
1578
1579 #ifdef CONFIG_CMA
1580 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1581 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1582 {
1583         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1584         struct page *p = page;
1585
1586         do {
1587                 __ClearPageReserved(p);
1588                 set_page_count(p, 0);
1589         } while (++p, --i);
1590
1591         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1592
1593         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1594                 i = pageblock_nr_pages;
1595                 p = page;
1596                 do {
1597                         set_page_refcounted(p);
1598                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1599                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1600                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1601         } else {
1602                 set_page_refcounted(page);
1603                 __free_pages(page, pageblock_order);
1604         }
1605
1606         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1607 }
1608 #endif
1609
1610 /*
1611  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1612  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1613  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1614  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1615  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1616  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1617  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1618  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1619  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1620  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1621  *
1622  * -- nyc
1623  */
1624 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1625         int low, int high, struct free_area *area,
1626         int migratetype)
1627 {
1628         unsigned long size = 1 << high;
1629
1630         while (high > low) {
1631                 area--;
1632                 high--;
1633                 size >>= 1;
1634                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1635
1636                 /*
1637                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1638                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1639                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1640                  * pages will stay not present in virtual address space
1641                  */
1642                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1643                         continue;
1644
1645                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1646                 area->nr_free++;
1647                 set_page_order(&page[size], high);
1648         }
1649 }
1650
1651 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1652 {
1653         const char *bad_reason = NULL;
1654         unsigned long bad_flags = 0;
1655
1656         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1657                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1658         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1659                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1660         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1661                 bad_reason = "nonzero _count";
1662         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1663                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1664                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1665                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1666                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1667                 return;
1668         }
1669         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1670                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1671                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1672         }
1673 #ifdef CONFIG_MEMCG
1674         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1675                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1676 #endif
1677         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1678 }
1679
1680 /*
1681  * This page is about to be returned from the page allocator
1682  */
1683 static inline int check_new_page(struct page *page)
1684 {
1685         if (likely(page_expected_state(page,
1686                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1687                 return 0;
1688
1689         check_new_page_bad(page);
1690         return 1;
1691 }
1692
1693 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1694 {
1695         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1696                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1697 }
1698
1699 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1700 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1701 {
1702         return false;
1703 }
1704
1705 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1706 {
1707         return check_new_page(page);
1708 }
1709 #else
1710 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1711 {
1712         return check_new_page(page);
1713 }
1714 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1715 {
1716         return false;
1717 }
1718 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1719
1720 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1721 {
1722         int i;
1723         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1724                 struct page *p = page + i;
1725
1726                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1727                         return true;
1728         }
1729
1730         return false;
1731 }
1732
1733 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1734                                 gfp_t gfp_flags)
1735 {
1736         set_page_private(page, 0);
1737         set_page_refcounted(page);
1738
1739         arch_alloc_page(page, order);
1740         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1741         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1742         kasan_alloc_pages(page, order);
1743         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1744 }
1745
1746 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1747                                                         unsigned int alloc_flags)
1748 {
1749         int i;
1750         bool poisoned = true;
1751
1752         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1753                 struct page *p = page + i;
1754                 if (poisoned)
1755                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1756         }
1757
1758         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1759
1760         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1761                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1762                         clear_highpage(page + i);
1763
1764         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1765                 prep_compound_page(page, order);
1766
1767         /*
1768          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1769          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1770          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1771          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1772          */
1773         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1774                 set_page_pfmemalloc(page);
1775         else
1776                 clear_page_pfmemalloc(page);
1777 }
1778
1779 /*
1780  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1781  * the smallest available page from the freelists
1782  */
1783 static inline
1784 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1785                                                 int migratetype)
1786 {
1787         unsigned int current_order;
1788         struct free_area *area;
1789         struct page *page;
1790
1791         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1792         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1793                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1794                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1795                                                         struct page, lru);
1796                 if (!page)
1797                         continue;
1798                 list_del(&page->lru);
1799                 rmv_page_order(page);
1800                 area->nr_free--;
1801                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1802                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1803                 return page;
1804         }
1805
1806         return NULL;
1807 }
1808
1809
1810 /*
1811  * This array describes the order lists are fallen back to when
1812  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1813  */
1814 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1815         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1816         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1817         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1818 #ifdef CONFIG_CMA
1819         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1820 #endif
1821 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1822         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1823 #endif
1824 };
1825
1826 #ifdef CONFIG_CMA
1827 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1828                                         unsigned int order)
1829 {
1830         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1831 }
1832 #else
1833 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1834                                         unsigned int order) { return NULL; }
1835 #endif
1836
1837 /*
1838  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1839  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1840  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1841  */
1842 int move_freepages(struct zone *zone,
1843                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1844                           int migratetype)
1845 {
1846         struct page *page;
1847         unsigned int order;
1848         int pages_moved = 0;
1849
1850 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1851         /*
1852          * page_zone is not safe to call in this context when
1853          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1854          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1855          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1856          * grouping pages by mobility
1857          */
1858         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1859 #endif
1860
1861         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1862                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1863                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1864
1865                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1866                         page++;
1867                         continue;
1868                 }
1869
1870                 if (!PageBuddy(page)) {
1871                         page++;
1872                         continue;
1873                 }
1874
1875                 order = page_order(page);
1876                 list_move(&page->lru,
1877                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1878                 page += 1 << order;
1879                 pages_moved += 1 << order;
1880         }
1881
1882         return pages_moved;
1883 }
1884
1885 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1886                                 int migratetype)
1887 {
1888         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1889         struct page *start_page, *end_page;
1890
1891         start_pfn = page_to_pfn(page);
1892         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1893         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1894         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1895         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1896
1897         /* Do not cross zone boundaries */
1898         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1899                 start_page = page;
1900         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1901                 return 0;
1902
1903         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1904 }
1905
1906 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1907                                         int start_order, int migratetype)
1908 {
1909         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1910
1911         while (nr_pageblocks--) {
1912                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1913                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1914         }
1915 }
1916
1917 /*
1918  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1919  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1920  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1921  *
1922  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1923  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1924  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1925  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1926  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1927  * pageblocks.
1928  */
1929 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1930 {
1931         /*
1932          * Leaving this order check is intended, although there is
1933          * relaxed order check in next check. The reason is that
1934          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1935          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1936          * so could be changed anytime.
1937          */
1938         if (order >= pageblock_order)
1939                 return true;
1940
1941         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1942                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1943                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1944                 page_group_by_mobility_disabled)
1945                 return true;
1946
1947         return false;
1948 }
1949
1950 /*
1951  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1952  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1953  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1954  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1955  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1956  */
1957 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1958                                                           int start_type)
1959 {
1960         unsigned int current_order = page_order(page);
1961         int pages;
1962
1963         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1964         if (current_order >= pageblock_order) {
1965                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1966                 return;
1967         }
1968
1969         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1970
1971         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1972         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1973                         page_group_by_mobility_disabled)
1974                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1975 }
1976
1977 /*
1978  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1979  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1980  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1981  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1982  */
1983 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1984                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1985 {
1986         int i;
1987         int fallback_mt;
1988
1989         if (area->nr_free == 0)
1990                 return -1;
1991
1992         *can_steal = false;
1993         for (i = 0;; i++) {
1994                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1995                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1996                         break;
1997
1998                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1999                         continue;
2000
2001                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2002                         *can_steal = true;
2003
2004                 if (!only_stealable)
2005                         return fallback_mt;
2006
2007                 if (*can_steal)
2008                         return fallback_mt;
2009         }
2010
2011         return -1;
2012 }
2013
2014 /*
2015  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2016  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2017  */
2018 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2019                                 unsigned int alloc_order)
2020 {
2021         int mt;
2022         unsigned long max_managed, flags;
2023
2024         /*
2025          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2026          * Check is race-prone but harmless.
2027          */
2028         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2029         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2030                 return;
2031
2032         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2033
2034         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2035         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2036                 goto out_unlock;
2037
2038         /* Yoink! */
2039         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2040         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2041                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2042                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2043                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2044                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2045         }
2046
2047 out_unlock:
2048         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2049 }
2050
2051 /*
2052  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2053  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2054  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2055  * to recover from than an OOM.
2056  */
2057 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
2058 {
2059         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2060         unsigned long flags;
2061         struct zoneref *z;
2062         struct zone *zone;
2063         struct page *page;
2064         int order;
2065
2066         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2067                                                                 ac->nodemask) {
2068                 /* Preserve at least one pageblock */
2069                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
2070                         continue;
2071
2072                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2073                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2074                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2075
2076                         page = list_first_entry_or_null(
2077                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2078                                         struct page, lru);
2079                         if (!page)
2080                                 continue;
2081
2082                         /*
2083                          * It should never happen but changes to locking could
2084                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
2085                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
2086                          * and watch for underflows.
2087                          */
2088                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
2089                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2090
2091                         /*
2092                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2093                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2094                          * is doing the work and needs the pages. More
2095                          * importantly, if the block was always converted to
2096                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2097                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2098                          * may increase.
2099                          */
2100                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2101                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2102                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2103                         return;
2104                 }
2105                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2106         }
2107 }
2108
2109 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2110 static inline struct page *
2111 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2112 {
2113         struct free_area *area;
2114         unsigned int current_order;
2115         struct page *page;
2116         int fallback_mt;
2117         bool can_steal;
2118
2119         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2120         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2121                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2122                                 --current_order) {
2123                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2124                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2125                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2126                 if (fallback_mt == -1)
2127                         continue;
2128
2129                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2130                                                 struct page, lru);
2131                 if (can_steal)
2132                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2133
2134                 /* Remove the page from the freelists */
2135                 area->nr_free--;
2136                 list_del(&page->lru);
2137                 rmv_page_order(page);
2138
2139                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2140                                         start_migratetype);
2141                 /*
2142                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2143                  * migratetype depending on the decisions in
2144                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2145                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2146                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2147                  */
2148                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2149
2150                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2151                         start_migratetype, fallback_mt);
2152
2153                 return page;
2154         }
2155
2156         return NULL;
2157 }
2158
2159 /*
2160  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2161  * Call me with the zone->lock already held.
2162  */
2163 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2164                                 int migratetype)
2165 {
2166         struct page *page;
2167
2168         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2169         if (unlikely(!page)) {
2170                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2171                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2172
2173                 if (!page)
2174                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2175         }
2176
2177         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2178         return page;
2179 }
2180
2181 /*
2182  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2183  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2184  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2185  */
2186 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2187                         unsigned long count, struct list_head *list,
2188                         int migratetype, bool cold)
2189 {
2190         int i;
2191
2192         spin_lock(&zone->lock);
2193         for (i = 0; i < count; ++i) {
2194                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2195                 if (unlikely(page == NULL))
2196                         break;
2197
2198                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2199                         continue;
2200
2201                 /*
2202                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2203                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2204                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2205                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2206                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2207                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2208                  * properly.
2209                  */
2210                 if (likely(!cold))
2211                         list_add(&page->lru, list);
2212                 else
2213                         list_add_tail(&page->lru, list);
2214                 list = &page->lru;
2215                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2216                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2217                                               -(1 << order));
2218         }
2219         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2220         spin_unlock(&zone->lock);
2221         return i;
2222 }
2223
2224 #ifdef CONFIG_NUMA
2225 /*
2226  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2227  * currently executing processor on remote nodes after they have
2228  * expired.
2229  *
2230  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2231  * a single processor.
2232  */
2233 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2234 {
2235         unsigned long flags;
2236         int to_drain, batch;
2237
2238         local_irq_save(flags);
2239         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2240         to_drain = min(pcp->count, batch);
2241         if (to_drain > 0) {
2242                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2243                 pcp->count -= to_drain;
2244         }
2245         local_irq_restore(flags);
2246 }
2247 #endif
2248
2249 /*
2250  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2251  *
2252  * The processor must either be the current processor and the
2253  * thread pinned to the current processor or a processor that
2254  * is not online.
2255  */
2256 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2257 {
2258         unsigned long flags;
2259         struct per_cpu_pageset *pset;
2260         struct per_cpu_pages *pcp;
2261
2262         local_irq_save(flags);
2263         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2264
2265         pcp = &pset->pcp;
2266         if (pcp->count) {
2267                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2268                 pcp->count = 0;
2269         }
2270         local_irq_restore(flags);
2271 }
2272
2273 /*
2274  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2275  *
2276  * The processor must either be the current processor and the
2277  * thread pinned to the current processor or a processor that
2278  * is not online.
2279  */
2280 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2281 {
2282         struct zone *zone;
2283
2284         for_each_populated_zone(zone) {
2285                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2286         }
2287 }
2288
2289 /*
2290  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2291  *
2292  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2293  * the single zone's pages.
2294  */
2295 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2296 {
2297         int cpu = smp_processor_id();
2298
2299         if (zone)
2300                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2301         else
2302                 drain_pages(cpu);
2303 }
2304
2305 /*
2306  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2307  *
2308  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2309  *
2310  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2311  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2312  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2313  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2314  * before the call to on_each_cpu_mask().
2315  */
2316 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2317 {
2318         int cpu;
2319
2320         /*
2321          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2322          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2323          */
2324         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2325
2326         /*
2327          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2328          * as offline notification will cause the notified
2329          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2330          * disables preemption as part of its processing
2331          */
2332         for_each_online_cpu(cpu) {
2333                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2334                 struct zone *z;
2335                 bool has_pcps = false;
2336
2337                 if (zone) {
2338                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2339                         if (pcp->pcp.count)
2340                                 has_pcps = true;
2341                 } else {
2342                         for_each_populated_zone(z) {
2343                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2344                                 if (pcp->pcp.count) {
2345                                         has_pcps = true;
2346                                         break;
2347                                 }
2348                         }
2349                 }
2350
2351                 if (has_pcps)
2352                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2353                 else
2354                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2355         }
2356         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2357                                                                 zone, 1);
2358 }
2359
2360 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2361
2362 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2363 {
2364         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2365         unsigned long flags;
2366         unsigned int order, t;
2367         struct page *page;
2368
2369         if (zone_is_empty(zone))
2370                 return;
2371
2372         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2373
2374         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2375         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2376                 if (pfn_valid(pfn)) {
2377                         page = pfn_to_page(pfn);
2378
2379                         if (page_zone(page) != zone)
2380                                 continue;
2381
2382                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2383                                 swsusp_unset_page_free(page);
2384                 }
2385
2386         for_each_migratetype_order(order, t) {
2387                 list_for_each_entry(page,
2388                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2389                         unsigned long i;
2390
2391                         pfn = page_to_pfn(page);
2392                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2393                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2394                 }
2395         }
2396         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2397 }
2398 #endif /* CONFIG_PM */
2399
2400 /*
2401  * Free a 0-order page
2402  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2403  */
2404 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2405 {
2406         struct zone *zone = page_zone(page);
2407         struct per_cpu_pages *pcp;
2408         unsigned long flags;
2409         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2410         int migratetype;
2411
2412         if (!free_pcp_prepare(page))
2413                 return;
2414
2415         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2416         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2417         local_irq_save(flags);
2418         __count_vm_event(PGFREE);
2419
2420         /*
2421          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2422          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2423          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2424          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2425          * excessively into the page allocator
2426          */
2427         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2428                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2429                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2430                         goto out;
2431                 }
2432                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2433         }
2434
2435         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2436         if (!cold)
2437                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2438         else
2439                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2440         pcp->count++;
2441         if (pcp->count >= pcp->high) {
2442                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2443                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2444                 pcp->count -= batch;
2445         }
2446
2447 out:
2448         local_irq_restore(flags);
2449 }
2450
2451 /*
2452  * Free a list of 0-order pages
2453  */
2454 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2455 {
2456         struct page *page, *next;
2457
2458         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2459                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2460                 free_hot_cold_page(page, cold);
2461         }
2462 }
2463
2464 /*
2465  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2466  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2467  * Each sub-page must be freed individually.
2468  *
2469  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2470  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2471  */
2472 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2473 {
2474         int i;
2475
2476         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2477         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2478
2479 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2480         /*
2481          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2482          * otherwise free the whole shadow.
2483          */
2484         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2485                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2486 #endif
2487
2488         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2489                 set_page_refcounted(page + i);
2490         split_page_owner(page, order);
2491 }
2492 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2493
2494 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2495 {
2496         unsigned long watermark;
2497         struct zone *zone;
2498         int mt;
2499
2500         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2501
2502         zone = page_zone(page);
2503         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2504
2505         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2506                 /*
2507                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2508                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2509                  * watermark, because we already know our high-order page
2510                  * exists.
2511                  */
2512                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2513                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2514                         return 0;
2515
2516                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2517         }
2518
2519         /* Remove page from free list */
2520         list_del(&page->lru);
2521         zone->free_area[order].nr_free--;
2522         rmv_page_order(page);
2523
2524         /*
2525          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2526          * pageblock
2527          */
2528         if (order >= pageblock_order - 1) {
2529                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2530                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2531                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2532                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2533                                 set_pageblock_migratetype(page,
2534                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2535                 }
2536         }
2537
2538
2539         return 1UL << order;
2540 }
2541
2542 /*
2543  * Update NUMA hit/miss statistics
2544  *
2545  * Must be called with interrupts disabled.
2546  *
2547  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2548  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2549  * memory on behalf of other processes.
2550  */
2551 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2552                                                                 gfp_t flags)
2553 {
2554 #ifdef CONFIG_NUMA
2555         int local_nid = numa_node_id();
2556         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2557
2558         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2559                 local_stat = NUMA_OTHER;
2560                 local_nid = preferred_zone->node;
2561         }
2562
2563         if (z->node == local_nid) {
2564                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2565                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2566         } else {
2567                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2568                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2569         }
2570 #endif
2571 }
2572
2573 /*
2574  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2575  */
2576 static inline
2577 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2578                         struct zone *zone, unsigned int order,
2579                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2580                         int migratetype)
2581 {
2582         unsigned long flags;
2583         struct page *page;
2584         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2585
2586         if (likely(order == 0)) {
2587                 struct per_cpu_pages *pcp;
2588                 struct list_head *list;
2589
2590                 local_irq_save(flags);
2591                 do {
2592                         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2593                         list = &pcp->lists[migratetype];
2594                         if (list_empty(list)) {
2595                                 pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2596                                                 pcp->batch, list,
2597                                                 migratetype, cold);
2598                                 if (unlikely(list_empty(list)))
2599                                         goto failed;
2600                         }
2601
2602                         if (cold)
2603                                 page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2604                         else
2605                                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2606
2607                         list_del(&page->lru);
2608                         pcp->count--;
2609
2610                 } while (check_new_pcp(page));
2611         } else {
2612                 /*
2613                  * We most definitely don't want callers attempting to
2614                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2615                  */
2616                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2617                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2618
2619                 do {
2620                         page = NULL;
2621                         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2622                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2623                                 if (page)
2624                                         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2625                         }
2626                         if (!page)
2627                                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2628                 } while (page && check_new_pages(page, order));
2629                 spin_unlock(&zone->lock);
2630                 if (!page)
2631                         goto failed;
2632                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2633                                           get_pcppage_migratetype(page));
2634         }
2635
2636         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2637         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2638         local_irq_restore(flags);
2639
2640         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2641         return page;
2642
2643 failed:
2644         local_irq_restore(flags);
2645         return NULL;
2646 }
2647
2648 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2649
2650 static struct {
2651         struct fault_attr attr;
2652
2653         bool ignore_gfp_highmem;
2654         bool ignore_gfp_reclaim;
2655         u32 min_order;
2656 } fail_page_alloc = {
2657         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2658         .ignore_gfp_reclaim = true,
2659         .ignore_gfp_highmem = true,
2660         .min_order = 1,
2661 };
2662
2663 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2664 {
2665         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2666 }
2667 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2668
2669 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2670 {
2671         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2672                 return false;
2673         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2674                 return false;
2675         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2676                 return false;
2677         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2678                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2679                 return false;
2680
2681         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2682 }
2683
2684 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2685
2686 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2687 {
2688         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2689         struct dentry *dir;
2690
2691         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2692                                         &fail_page_alloc.attr);
2693         if (IS_ERR(dir))
2694                 return PTR_ERR(dir);
2695
2696         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2697                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2698                 goto fail;
2699         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2700                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2701                 goto fail;
2702         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2703                                 &fail_page_alloc.min_order))
2704                 goto fail;
2705
2706         return 0;
2707 fail:
2708         debugfs_remove_recursive(dir);
2709
2710         return -ENOMEM;
2711 }
2712
2713 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2714
2715 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2716
2717 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2718
2719 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2720 {
2721         return false;
2722 }
2723
2724 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2725
2726 /*
2727  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2728  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2729  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2730  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2731  */
2732 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2733                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2734                          long free_pages)
2735 {
2736         long min = mark;
2737         int o;
2738         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2739
2740         /* free_pages may go negative - that's OK */
2741         free_pages -= (1 << order) - 1;
2742
2743         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2744                 min -= min / 2;
2745
2746         /*
2747          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2748          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2749          * atomic reserve but it avoids a search.
2750          */
2751         if (likely(!alloc_harder))
2752                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2753         else
2754                 min -= min / 4;
2755
2756 #ifdef CONFIG_CMA
2757         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2758         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2759                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2760 #endif
2761
2762         /*
2763          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2764          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2765          * even if a suitable page happened to be free.
2766          */
2767         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2768                 return false;
2769
2770         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2771         if (!order)
2772                 return true;
2773
2774         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2775         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2776                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2777                 int mt;
2778
2779                 if (!area->nr_free)
2780                         continue;
2781
2782                 if (alloc_harder)
2783                         return true;
2784
2785                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2786                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2787                                 return true;
2788                 }
2789
2790 #ifdef CONFIG_CMA
2791                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2792                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2793                         return true;
2794                 }
2795 #endif
2796         }
2797         return false;
2798 }
2799
2800 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2801                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2802 {
2803         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2804                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2805 }
2806
2807 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2808                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2809 {
2810         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2811         long cma_pages = 0;
2812
2813 #ifdef CONFIG_CMA
2814         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2815         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2816                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2817 #endif
2818
2819         /*
2820          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2821          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2822          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2823          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2824          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2825          */
2826         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2827                 return true;
2828
2829         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2830                                         free_pages);
2831 }
2832
2833 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2834                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2835 {
2836         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2837
2838         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2839                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2840
2841         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2842                                                                 free_pages);
2843 }
2844
2845 #ifdef CONFIG_NUMA
2846 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2847 {
2848         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2849                                 RECLAIM_DISTANCE;
2850 }
2851 #else   /* CONFIG_NUMA */
2852 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2853 {
2854         return true;
2855 }
2856 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2857
2858 /*
2859  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2860  * a page.
2861  */
2862 static struct page *
2863 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2864                                                 const struct alloc_context *ac)
2865 {
2866         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2867         struct zone *zone;
2868         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
2869
2870         /*
2871          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2872          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2873          */
2874         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2875                                                                 ac->nodemask) {
2876                 struct page *page;
2877                 unsigned long mark;
2878
2879                 if (cpusets_enabled() &&
2880                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2881                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2882                                 continue;
2883                 /*
2884                  * When allocating a page cache page for writing, we
2885                  * want to get it from a node that is within its dirty
2886                  * limit, such that no single node holds more than its
2887                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2888                  * The dirty limits take into account the node's
2889                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2890                  * should be able to balance it without having to
2891                  * write pages from its LRU list.
2892                  *
2893                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2894                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
2895                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2896                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2897                  * nodes are together not big enough to reach the
2898                  * global limit.  The proper fix for these situations
2899                  * will require awareness of nodes in the
2900                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2901                  */
2902                 if (ac->spread_dirty_pages) {
2903                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
2904                                 continue;
2905
2906                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
2907                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
2908                                 continue;
2909                         }
2910                 }
2911
2912                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2913                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
2914                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
2915                         int ret;
2916
2917                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2918                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2919                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2920                                 goto try_this_zone;
2921
2922                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
2923                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
2924                                 continue;
2925
2926                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
2927                         switch (ret) {
2928                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
2929                                 /* did not scan */
2930                                 continue;
2931                         case NODE_RECLAIM_FULL:
2932                                 /* scanned but unreclaimable */
2933                                 continue;
2934                         default:
2935                                 /* did we reclaim enough */
2936                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2937                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
2938                                         goto try_this_zone;
2939
2940                                 continue;
2941                         }
2942                 }
2943
2944 try_this_zone:
2945                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
2946                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2947                 if (page) {
2948                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
2949
2950                         /*
2951                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2952                          * if the pageblock should be reserved for the future
2953                          */
2954                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2955                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2956
2957                         return page;
2958                 }
2959         }
2960
2961         return NULL;
2962 }
2963
2964 /*
2965  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2966  * meminfo in irq context.
2967  */
2968 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2969 {
2970         bool ret = false;
2971
2972 #if NODES_SHIFT > 8
2973         ret = in_interrupt();
2974 #endif
2975         return ret;
2976 }
2977
2978 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2979                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2980                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2981
2982 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, const char *fmt, ...)
2983 {
2984         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2985         struct va_format vaf;
2986         va_list args;
2987
2988         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2989             debug_guardpage_minorder() > 0)
2990                 return;
2991
2992         /*
2993          * This documents exceptions given to allocations in certain
2994          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2995          * of allowed nodes.
2996          */
2997         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2998                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2999                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3000                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3001         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3002                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3003
3004         pr_warn("%s: ", current->comm);
3005
3006         va_start(args, fmt);
3007         vaf.fmt = fmt;
3008         vaf.va = &args;
3009         pr_cont("%pV", &vaf);
3010         va_end(args);
3011
3012         pr_cont(", mode:%#x(%pGg)\n", gfp_mask, &gfp_mask);
3013
3014         dump_stack();
3015         if (!should_suppress_show_mem())
3016                 show_mem(filter);
3017 }
3018
3019 static inline struct page *
3020 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3021         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3022 {
3023         struct oom_control oc = {
3024                 .zonelist = ac->zonelist,
3025                 .nodemask = ac->nodemask,
3026                 .memcg = NULL,
3027                 .gfp_mask = gfp_mask,
3028                 .order = order,
3029         };
3030         struct page *page;
3031
3032         *did_some_progress = 0;
3033
3034         /*
3035          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3036          * making progress for us.
3037          */
3038         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3039                 *did_some_progress = 1;
3040                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3041                 return NULL;
3042         }
3043
3044         /*
3045          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3046          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3047          * we're still under heavy pressure.
3048          */
3049         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3050                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3051         if (page)
3052                 goto out;
3053
3054         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3055                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3056                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3057                         goto out;
3058                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3059                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3060                         goto out;
3061                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3062                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3063                         goto out;
3064                 if (pm_suspended_storage())
3065                         goto out;
3066                 /*
3067                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3068                  * other request to make a forward progress.
3069                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3070                  * do much for this context but let's try it to at least get
3071                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
3072                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3073                  * failures more gracefully we should just bail out here.
3074                  */
3075
3076                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3077                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3078                         goto out;
3079         }
3080         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3081         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3082                 *did_some_progress = 1;
3083
3084                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3085                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3086                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
3087                         /*
3088                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3089                          * are depleted
3090                          */
3091                         if (!page)
3092                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3093                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3094                 }
3095         }
3096 out:
3097         mutex_unlock(&oom_lock);
3098         return page;
3099 }
3100
3101 /*
3102  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3103  * killer is consider as the only way to move forward.
3104  */
3105 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3106
3107 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3108 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3109 static struct page *
3110 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3111                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3112                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3113 {
3114         struct page *page;
3115
3116         if (!order)
3117                 return NULL;
3118
3119         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3120         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3121                                                                         prio);
3122         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3123
3124         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3125                 return NULL;
3126
3127         /*
3128          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3129          * count a compaction stall
3130          */
3131         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3132
3133         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3134
3135         if (page) {
3136                 struct zone *zone = page_zone(page);
3137
3138                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3139                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3140                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3141                 return page;
3142         }
3143
3144         /*
3145          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3146          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3147          */
3148         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3149
3150         cond_resched();
3151
3152         return NULL;
3153 }
3154
3155 static inline bool
3156 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3157                      enum compact_result compact_result,
3158                      enum compact_priority *compact_priority,
3159                      int *compaction_retries)
3160 {
3161         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3162         int min_priority;
3163
3164         if (!order)
3165                 return false;
3166
3167         if (compaction_made_progress(compact_result))
3168                 (*compaction_retries)++;
3169
3170         /*
3171          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3172          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3173          * failure could be caused by insufficient priority
3174          */
3175         if (compaction_failed(compact_result))
3176                 goto check_priority;
3177
3178         /*
3179          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3180          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3181          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3182          * compaction.
3183          */
3184         if (compaction_withdrawn(compact_result))
3185                 return compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3186
3187         /*
3188          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3189          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3190          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3191          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3192          * would need much more detailed feedback from compaction to
3193          * make a better decision.
3194          */
3195         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3196                 max_retries /= 4;
3197         if (*compaction_retries <= max_retries)
3198                 return true;
3199
3200         /*
3201          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3202          * all retries or failed at the lower priorities.
3203          */
3204 check_priority:
3205         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3206                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3207         if (*compact_priority > min_priority) {
3208                 (*compact_priority)--;
3209                 *compaction_retries = 0;
3210                 return true;
3211         }
3212         return false;
3213 }
3214 #else
3215 static inline struct page *
3216 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3217                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3218                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3219 {
3220         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3221         return NULL;
3222 }
3223
3224 static inline bool
3225 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3226                      enum compact_result compact_result,
3227                      enum compact_priority *compact_priority,
3228                      int *compaction_retries)
3229 {
3230         struct zone *zone;
3231         struct zoneref *z;
3232
3233         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3234                 return false;
3235
3236         /*
3237          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3238          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3239          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3240          * watermarks are OK.
3241          */
3242         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3243                                         ac->nodemask) {
3244                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3245                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3246                         return true;
3247         }
3248         return false;
3249 }
3250 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3251
3252 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3253 static int
3254 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3255                                         const struct alloc_context *ac)
3256 {
3257         struct reclaim_state reclaim_state;
3258         int progress;
3259
3260         cond_resched();
3261
3262         /* We now go into synchronous reclaim */
3263         cpuset_memory_pressure_bump();
3264         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3265         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3266         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3267         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3268
3269         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3270                                                                 ac->nodemask);
3271
3272         current->reclaim_state = NULL;
3273         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3274         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3275
3276         cond_resched();
3277
3278         return progress;
3279 }
3280
3281 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3282 static inline struct page *
3283 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3284                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3285                 unsigned long *did_some_progress)
3286 {
3287         struct page *page = NULL;
3288         bool drained = false;
3289
3290         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3291         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3292                 return NULL;
3293
3294 retry:
3295         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3296
3297         /*
3298          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3299          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3300          * Shrink them them and try again
3301          */
3302         if (!page && !drained) {
3303                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3304                 drain_all_pages(NULL);
3305                 drained = true;
3306                 goto retry;
3307         }
3308
3309         return page;
3310 }
3311
3312 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3313 {
3314         struct zoneref *z;
3315         struct zone *zone;
3316         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3317
3318         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3319                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3320                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3321                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3322                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3323         }
3324 }
3325
3326 static inline unsigned int
3327 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3328 {
3329         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3330
3331         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3332         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3333
3334         /*
3335          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3336          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3337          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3338          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3339          */
3340         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3341
3342         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3343                 /*
3344                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3345                  * if it can't schedule.
3346                  */
3347                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3348                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3349                 /*
3350                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3351                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3352                  */
3353                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3354         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3355                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3356
3357 #ifdef CONFIG_CMA
3358         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3359                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3360 #endif
3361         return alloc_flags;
3362 }
3363
3364 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3365 {
3366         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3367                 return false;
3368
3369         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3370                 return true;
3371         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3372                 return true;
3373         if (!in_interrupt() &&
3374                         ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3375                          unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3376                 return true;
3377
3378         return false;
3379 }
3380
3381 /*
3382  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3383  * is consider as the only way to move forward.
3384  */
3385 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3386
3387 /*
3388  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3389  * for the given allocation request.
3390  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3391  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3392  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3393  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3394  * no_progress_loops).
3395  *
3396  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3397  */
3398 static inline bool
3399 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3400                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3401                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3402 {
3403         struct zone *zone;
3404         struct zoneref *z;
3405
3406         /*
3407          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3408          * their order will become available due to high fragmentation so
3409          * always increment the no progress counter for them
3410          */
3411         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3412                 *no_progress_loops = 0;
3413         else
3414                 (*no_progress_loops)++;
3415
3416         /*
3417          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3418          * several times in the row.
3419          */
3420         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3421                 return false;
3422
3423         /*
3424          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3425          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3426          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3427          * screwed and have to go OOM.
3428          */
3429         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3430                                         ac->nodemask) {
3431                 unsigned long available;
3432                 unsigned long reclaimable;
3433
3434                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3435                 available -= DIV_ROUND_UP((*no_progress_loops) * available,
3436                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3437                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3438
3439                 /*
3440                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3441                  * available?
3442                  */
3443                 if (__zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark_pages(zone),
3444                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available)) {
3445                         /*
3446                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3447                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3448                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3449                          * prevent from pre mature OOM
3450                          */
3451                         if (!did_some_progress) {
3452                                 unsigned long write_pending;
3453
3454                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3455                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3456
3457                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3458                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3459                                         return true;
3460                                 }
3461                         }
3462
3463                         /*
3464                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3465                          * context and the current implementation of the WQ
3466                          * concurrency control doesn't recognize that
3467                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3468                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3469                          * do a short sleep here rather than calling
3470                          * cond_resched().
3471                          */
3472                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3473                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3474                         else
3475                                 cond_resched();
3476
3477                         return true;
3478                 }
3479         }
3480
3481         return false;
3482 }
3483
3484 static inline struct page *
3485 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3486                                                 struct alloc_context *ac)
3487 {
3488         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3489         struct page *page = NULL;
3490         unsigned int alloc_flags;
3491         unsigned long did_some_progress;
3492         enum compact_priority compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3493         enum compact_result compact_result;
3494         int compaction_retries = 0;
3495         int no_progress_loops = 0;
3496         unsigned long alloc_start = jiffies;
3497         unsigned int stall_timeout = 10 * HZ;
3498
3499         /*
3500          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3501          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3502          * be using allocators in order of preference for an area that is
3503          * too large.
3504          */
3505         if (order >= MAX_ORDER) {
3506                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3507                 return NULL;
3508         }
3509
3510         /*
3511          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3512          * callers that are not in atomic context.
3513          */
3514         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3515                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3516                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3517
3518         /*
3519          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3520          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3521          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3522          */
3523         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3524
3525         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3526                 wake_all_kswapds(order, ac);
3527
3528         /*
3529          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3530          * that first
3531          */
3532         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3533         if (page)
3534                 goto got_pg;
3535
3536         /*
3537          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3538          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. Don't try
3539          * that for allocations that are allowed to ignore watermarks, as the
3540          * ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3541          */
3542         if (can_direct_reclaim && order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3543                 !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3544                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3545                                                 alloc_flags, ac,
3546                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3547                                                 &compact_result);
3548                 if (page)
3549                         goto got_pg;
3550
3551                 /*
3552                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3553                  * includes THP page fault allocations
3554                  */
3555                 if (gfp_mask & __GFP_NORETRY) {
3556                         /*
3557                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
3558                          * it is because sync compaction recently failed. If
3559                          * this is the case and the caller requested a THP
3560                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
3561                          * system, so we fail the allocation instead of entering
3562                          * direct reclaim.
3563                          */
3564                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3565                                 goto nopage;
3566
3567                         /*
3568                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
3569                          * sync compaction could be very expensive, so keep
3570                          * using async compaction.
3571                          */
3572                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
3573                 }
3574         }
3575
3576 retry:
3577         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
3578         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3579                 wake_all_kswapds(order, ac);
3580
3581         if (gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask))
3582                 alloc_flags = ALLOC_NO_WATERMARKS;
3583
3584         /*
3585          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3586          * These allocations are high priority and system rather than user
3587          * orientated.
3588          */
3589         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
3590                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3591                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3592                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3593         }
3594
3595         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
3596         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3597         if (page)
3598                 goto got_pg;
3599
3600         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3601         if (!can_direct_reclaim) {
3602                 /*
3603                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3604                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3605                  * to fail.
3606                  */
3607                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3608                 goto nopage;
3609         }
3610
3611         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3612         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3613                 /*
3614                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3615                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3616                  * for somebody to do a work for us.
3617                  */
3618                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3619                         cond_resched();
3620                         goto retry;
3621                 }
3622                 goto nopage;
3623         }
3624
3625         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3626         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3627                 goto nopage;
3628
3629
3630         /* Try direct reclaim and then allocating */
3631         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3632                                                         &did_some_progress);
3633         if (page)
3634                 goto got_pg;
3635
3636         /* Try direct compaction and then allocating */
3637         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3638                                         compact_priority, &compact_result);
3639         if (page)
3640                 goto got_pg;
3641
3642         /* Do not loop if specifically requested */
3643         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3644                 goto nopage;
3645
3646         /*
3647          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3648          * __GFP_REPEAT
3649          */
3650         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3651                 goto nopage;
3652
3653         /* Make sure we know about allocations which stall for too long */
3654         if (time_after(jiffies, alloc_start + stall_timeout)) {
3655                 warn_alloc(gfp_mask,
3656                         "page alloction stalls for %ums, order:%u\n",
3657                         jiffies_to_msecs(jiffies-alloc_start), order);
3658                 stall_timeout += 10 * HZ;
3659         }
3660
3661         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3662                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
3663                 goto retry;
3664
3665         /*
3666          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3667          * reclaim is not able to make any progress because the current
3668          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3669          * of free memory (see __compaction_suitable)
3670          */
3671         if (did_some_progress > 0 &&
3672                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3673                                 compact_result, &compact_priority,
3674                                 &compaction_retries))
3675                 goto retry;
3676
3677         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3678         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3679         if (page)
3680                 goto got_pg;
3681
3682         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3683         if (did_some_progress) {
3684                 no_progress_loops = 0;
3685                 goto retry;
3686         }
3687
3688 nopage:
3689         warn_alloc(gfp_mask,
3690                         "page allocation failure: order:%u", order);
3691 got_pg:
3692         return page;
3693 }
3694
3695 /*
3696  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3697  */
3698 struct page *
3699 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3700                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3701 {
3702         struct page *page;
3703         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3704         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3705         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3706         struct alloc_context ac = {
3707                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3708                 .zonelist = zonelist,
3709                 .nodemask = nodemask,
3710                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3711         };
3712
3713         if (cpusets_enabled()) {
3714                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3715                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3716                 if (!ac.nodemask)
3717                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3718         }
3719
3720         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3721
3722         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3723
3724         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3725
3726         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3727                 return NULL;
3728
3729         /*
3730          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3731          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3732          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3733          */
3734         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3735                 return NULL;
3736
3737         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3738                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3739
3740 retry_cpuset:
3741         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3742
3743         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3744         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3745
3746         /*
3747          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3748          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3749          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3750          */
3751         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3752                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3753         if (!ac.preferred_zoneref) {
3754                 page = NULL;
3755                 goto no_zone;
3756         }
3757
3758         /* First allocation attempt */
3759         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3760         if (likely(page))
3761                 goto out;
3762
3763         /*
3764          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3765          * because I/O on the device might not complete.
3766          */
3767         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3768         ac.spread_dirty_pages = false;
3769
3770         /*
3771          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3772          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3773          */
3774         if (cpusets_enabled())
3775                 ac.nodemask = nodemask;
3776         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3777
3778 no_zone:
3779         /*
3780          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3781          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3782          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3783          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3784          */
3785         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3786                 alloc_mask = gfp_mask;
3787                 goto retry_cpuset;
3788         }
3789
3790 out:
3791         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
3792             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
3793                 __free_pages(page, order);
3794                 page = NULL;
3795         }
3796
3797         if (kmemcheck_enabled && page)
3798                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3799
3800         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3801
3802         return page;
3803 }
3804 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3805
3806 /*
3807  * Common helper functions.
3808  */
3809 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3810 {
3811         struct page *page;
3812
3813         /*
3814          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3815          * a highmem page
3816          */
3817         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3818
3819         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3820         if (!page)
3821                 return 0;
3822         return (unsigned long) page_address(page);
3823 }
3824 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3825
3826 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3827 {
3828         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3829 }
3830 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3831
3832 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3833 {
3834         if (put_page_testzero(page)) {
3835                 if (order == 0)
3836                         free_hot_cold_page(page, false);
3837                 else
3838                         __free_pages_ok(page, order);
3839         }
3840 }
3841
3842 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3843
3844 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3845 {
3846         if (addr != 0) {
3847                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3848                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3849         }
3850 }
3851
3852 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3853
3854 /*
3855  * Page Fragment:
3856  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3857  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3858  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3859  *
3860  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3861  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3862  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3863  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3864  */
3865 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3866                                        gfp_t gfp_mask)
3867 {
3868         struct page *page = NULL;
3869         gfp_t gfp = gfp_mask;
3870
3871 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3872         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3873                     __GFP_NOMEMALLOC;
3874         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3875                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3876         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3877 #endif
3878         if (unlikely(!page))
3879                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3880
3881         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3882
3883         return page;
3884 }
3885
3886 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3887                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3888 {
3889         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3890         struct page *page;
3891         int offset;
3892
3893         if (unlikely(!nc->va)) {
3894 refill:
3895                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3896                 if (!page)
3897                         return NULL;
3898
3899 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3900                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3901                 size = nc->size;
3902 #endif
3903                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3904                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3905                  */
3906                 page_ref_add(page, size - 1);
3907
3908                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3909                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3910                 nc->pagecnt_bias = size;
3911                 nc->offset = size;
3912         }
3913
3914         offset = nc->offset - fragsz;
3915         if (unlikely(offset < 0)) {
3916                 page = virt_to_page(nc->va);
3917
3918                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3919                         goto refill;
3920
3921 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3922                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3923                 size = nc->size;
3924 #endif
3925                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3926                 set_page_count(page, size);
3927
3928                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3929                 nc->pagecnt_bias = size;
3930                 offset = size - fragsz;
3931         }
3932
3933         nc->pagecnt_bias--;
3934         nc->offset = offset;
3935
3936         return nc->va + offset;
3937 }
3938 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3939
3940 /*
3941  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3942  */
3943 void __free_page_frag(void *addr)
3944 {
3945         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3946
3947         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3948                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3949 }
3950 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3951
3952 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3953                 size_t size)
3954 {
3955         if (addr) {
3956                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3957                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3958
3959                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3960                 while (used < alloc_end) {
3961                         free_page(used);
3962                         used += PAGE_SIZE;
3963                 }
3964         }
3965         return (void *)addr;
3966 }
3967
3968 /**
3969  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3970  * @size: the number of bytes to allocate
3971  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3972  *
3973  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3974  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3975  * allocate memory in power-of-two pages.
3976  *
3977  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3978  *
3979  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3980  */
3981 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3982 {
3983         unsigned int order = get_order(size);
3984         unsigned long addr;
3985
3986         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3987         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3988 }
3989 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3990
3991 /**
3992  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3993  *                         pages on a node.
3994  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3995  * @size: the number of bytes to allocate
3996  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3997  *
3998  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3999  * back.
4000  */
4001 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4002 {
4003         unsigned int order = get_order(size);
4004         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4005         if (!p)
4006                 return NULL;
4007         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4008 }
4009
4010 /**
4011  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4012  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4013  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4014  *
4015  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4016  */
4017 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4018 {
4019         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4020         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4021
4022         while (addr < end) {
4023                 free_page(addr);
4024                 addr += PAGE_SIZE;
4025         }
4026 }
4027 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4028
4029 /**
4030  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4031  * @offset: The zone index of the highest zone
4032  *
4033  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4034  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4035  * zone, the number of pages is calculated as:
4036  *     managed_pages - high_pages
4037  */
4038 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4039 {
4040         struct zoneref *z;
4041         struct zone *zone;
4042
4043         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4044         unsigned long sum = 0;
4045
4046         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4047
4048         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4049                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4050                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4051                 if (size > high)
4052                         sum += size - high;
4053         }
4054
4055         return sum;
4056 }
4057
4058 /**
4059  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4060  *
4061  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4062  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4063  */
4064 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4065 {
4066         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4067 }
4068 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4069
4070 /**
4071  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4072  *
4073  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4074  * high watermark within all zones.
4075  */
4076 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4077 {
4078         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4079 }
4080
4081 static inline void show_node(struct zone *zone)
4082 {
4083         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4084                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4085 }
4086
4087 long si_mem_available(void)
4088 {
4089         long available;
4090         unsigned long pagecache;
4091         unsigned long wmark_low = 0;
4092         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4093         struct zone *zone;
4094         int lru;
4095
4096         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4097                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4098
4099         for_each_zone(zone)
4100                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4101
4102         /*
4103          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4104          * without causing swapping.
4105          */
4106         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4107
4108         /*
4109          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4110          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4111          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4112          */
4113         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4114         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4115         available += pagecache;
4116
4117         /*
4118          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4119          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4120          */
4121         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4122                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4123
4124         if (available < 0)
4125                 available = 0;
4126         return available;
4127 }
4128 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4129
4130 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4131 {
4132         val->totalram = totalram_pages;
4133         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4134         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4135         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4136         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4137         val->freehigh = nr_free_highpages();
4138         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4139 }
4140
4141 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4142
4143 #ifdef CONFIG_NUMA
4144 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4145 {
4146         int zone_type;          /* needs to be signed */
4147         unsigned long managed_pages = 0;
4148         unsigned long managed_highpages = 0;
4149         unsigned long free_highpages = 0;
4150         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4151
4152         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4153                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4154         val->totalram = managed_pages;
4155         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4156         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4157 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4158         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4159                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4160
4161                 if (is_highmem(zone)) {
4162                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4163                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4164                 }
4165         }
4166         val->totalhigh = managed_highpages;
4167         val->freehigh = free_highpages;
4168 #else
4169         val->totalhigh = managed_highpages;
4170         val->freehigh = free_highpages;
4171 #endif
4172         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4173 }
4174 #endif
4175
4176 /*
4177  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4178  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4179  */
4180 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
4181 {
4182         bool ret = false;
4183         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4184
4185         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4186                 goto out;
4187
4188         do {
4189                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4190                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
4191         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
4192 out:
4193         return ret;
4194 }
4195
4196 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4197
4198 static void show_migration_types(unsigned char type)
4199 {
4200         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4201                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4202                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4203                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4204                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4205 #ifdef CONFIG_CMA
4206                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4207 #endif
4208 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4209                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4210 #endif
4211         };
4212         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4213         char *p = tmp;
4214         int i;
4215
4216         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4217                 if (type & (1 << i))
4218                         *p++ = types[i];
4219         }
4220
4221         *p = '\0';
4222         printk("(%s) ", tmp);
4223 }
4224
4225 /*
4226  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4227  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4228  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4229  *
4230  * Bits in @filter:
4231  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4232  *   cpuset.
4233  */
4234 void show_free_areas(unsigned int filter)
4235 {
4236         unsigned long free_pcp = 0;
4237         int cpu;
4238         struct zone *zone;
4239         pg_data_t *pgdat;
4240
4241         for_each_populated_zone(zone) {
4242                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4243                         continue;
4244
4245                 for_each_online_cpu(cpu)
4246                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4247         }
4248
4249         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4250                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4251                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4252                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4253                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4254                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4255                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4256                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4257                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4258                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4259                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4260                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4261                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4262                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4263                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4264                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4265                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4266                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4267                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4268                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4269                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4270                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4271                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4272                 free_pcp,
4273                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4274
4275         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4276                 printk("Node %d"
4277                         " active_anon:%lukB"
4278                         " inactive_anon:%lukB"
4279                         " active_file:%lukB"
4280                         " inactive_file:%lukB"
4281                         " unevictable:%lukB"
4282                         " isolated(anon):%lukB"
4283                         " isolated(file):%lukB"
4284                         " mapped:%lukB"
4285                         " dirty:%lukB"
4286                         " writeback:%lukB"
4287                         " shmem:%lukB"
4288 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4289                         " shmem_thp: %lukB"
4290                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4291                         " anon_thp: %lukB"
4292 #endif
4293                         " writeback_tmp:%lukB"
4294                         " unstable:%lukB"
4295                         " pages_scanned:%lu"
4296                         " all_unreclaimable? %s"
4297                         "\n",
4298                         pgdat->node_id,
4299                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4300                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4301                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4302                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4303                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4304                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4305                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4306                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4307                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4308                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4309 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4310                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4311                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4312                                         * HPAGE_PMD_NR),
4313                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4314 #endif
4315                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4316                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4317                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4318                         node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED),
4319                         !pgdat_reclaimable(pgdat) ? "yes" : "no");
4320         }
4321
4322         for_each_populated_zone(zone) {
4323                 int i;
4324
4325                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4326                         continue;
4327
4328                 free_pcp = 0;
4329                 for_each_online_cpu(cpu)
4330                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4331
4332                 show_node(zone);
4333                 printk("%s"
4334                         " free:%lukB"
4335                         " min:%lukB"
4336                         " low:%lukB"
4337                         " high:%lukB"
4338                         " active_anon:%lukB"
4339                         " inactive_anon:%lukB"
4340                         " active_file:%lukB"
4341                         " inactive_file:%lukB"
4342                         " unevictable:%lukB"
4343                         " writepending:%lukB"
4344                         " present:%lukB"
4345                         " managed:%lukB"
4346                         " mlocked:%lukB"
4347                         " slab_reclaimable:%lukB"
4348                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4349                         " kernel_stack:%lukB"
4350                         " pagetables:%lukB"
4351                         " bounce:%lukB"
4352                         " free_pcp:%lukB"
4353                         " local_pcp:%ukB"
4354                         " free_cma:%lukB"
4355                         "\n",
4356                         zone->name,
4357                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4358                         K(min_wmark_pages(zone)),
4359                         K(low_wmark_pages(zone)),
4360                         K(high_wmark_pages(zone)),
4361                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4362                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4363                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4364                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4365                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4366                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4367                         K(zone->present_pages),
4368                         K(zone->managed_pages),
4369                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4370                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4371                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4372                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4373                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4374                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4375                         K(free_pcp),
4376                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4377                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4378                 printk("lowmem_reserve[]:");
4379                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4380                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4381                 printk("\n");
4382         }
4383
4384         for_each_populated_zone(zone) {
4385                 unsigned int order;
4386                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4387                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4388
4389                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4390                         continue;
4391                 show_node(zone);
4392                 printk("%s: ", zone->name);
4393
4394                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4395                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4396                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4397                         int type;
4398
4399                         nr[order] = area->nr_free;
4400                         total += nr[order] << order;
4401
4402                         types[order] = 0;
4403                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4404                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4405                                         types[order] |= 1 << type;
4406                         }
4407                 }
4408                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4409                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4410                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4411                         if (nr[order])
4412                                 show_migration_types(types[order]);
4413                 }
4414                 printk("= %lukB\n", K(total));
4415         }
4416
4417         hugetlb_show_meminfo();
4418
4419         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4420
4421         show_swap_cache_info();
4422 }
4423
4424 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4425 {
4426         zoneref->zone = zone;
4427         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4428 }
4429
4430 /*
4431  * Builds allocation fallback zone lists.
4432  *
4433  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4434  */
4435 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4436                                 int nr_zones)
4437 {
4438         struct zone *zone;
4439         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4440
4441         do {
4442                 zone_type--;
4443                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4444                 if (managed_zone(zone)) {
4445                         zoneref_set_zone(zone,
4446                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4447                         check_highest_zone(zone_type);
4448                 }
4449         } while (zone_type);
4450
4451         return nr_zones;
4452 }
4453
4454
4455 /*
4456  *  zonelist_order:
4457  *  0 = automatic detection of better ordering.
4458  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4459  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4460  *
4461  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4462  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4463  */
4464 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4465 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4466 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4467
4468 /* zonelist order in the kernel.
4469  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4470  */
4471 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4472 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4473
4474
4475 #ifdef CONFIG_NUMA
4476 /* The value user specified ....changed by config */
4477 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4478 /* string for sysctl */
4479 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4480 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4481
4482 /*
4483  * interface for configure zonelist ordering.
4484  * command line option "numa_zonelist_order"
4485  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4486  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4487  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4488  */
4489
4490 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4491 {
4492         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4493                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4494         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4495                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4496         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4497                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4498         } else {
4499                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4500                 return -EINVAL;
4501         }
4502         return 0;
4503 }
4504
4505 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4506 {
4507         int ret;
4508
4509         if (!s)
4510                 return 0;
4511
4512         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4513         if (ret == 0)
4514                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4515
4516         return ret;
4517 }
4518 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4519
4520 /*
4521  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4522  */
4523 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4524                 void __user *buffer, size_t *length,
4525                 loff_t *ppos)
4526 {
4527         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4528         int ret;
4529         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4530
4531         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4532         if (write) {
4533                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4534                         ret = -EINVAL;
4535                         goto out;
4536                 }
4537                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4538         }
4539         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4540         if (ret)
4541                 goto out;
4542         if (write) {
4543                 int oldval = user_zonelist_order;
4544
4545                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4546                 if (ret) {
4547                         /*
4548                          * bogus value.  restore saved string
4549                          */
4550                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4551                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4552                         user_zonelist_order = oldval;
4553                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4554                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4555                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4556                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4557                 }
4558         }
4559 out:
4560         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4561         return ret;
4562 }
4563
4564
4565 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4566 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4567
4568 /**
4569  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4570  * @node: node whose fallback list we're appending
4571  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4572  *
4573  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4574  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4575  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4576  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4577  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4578  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4579  * on them otherwise.
4580  * It returns -1 if no node is found.
4581  */
4582 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4583 {
4584         int n, val;
4585         int min_val = INT_MAX;
4586         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4587         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4588
4589         /* Use the local node if we haven't already */
4590         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4591                 node_set(node, *used_node_mask);
4592                 return node;
4593         }
4594
4595         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4596
4597                 /* Don't want a node to appear more than once */
4598                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4599                         continue;
4600
4601                 /* Use the distance array to find the distance */
4602                 val = node_distance(node, n);
4603
4604                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4605                 val += (n < node);
4606
4607                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4608                 tmp = cpumask_of_node(n);
4609                 if (!cpumask_empty(tmp))
4610                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4611
4612                 /* Slight preference for less loaded node */
4613                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4614                 val += node_load[n];
4615
4616                 if (val < min_val) {
4617                         min_val = val;
4618                         best_node = n;
4619                 }
4620         }
4621
4622         if (best_node >= 0)
4623                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4624
4625         return best_node;
4626 }
4627
4628
4629 /*
4630  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4631  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4632  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4633  */
4634 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4635 {
4636         int j;
4637         struct zonelist *zonelist;
4638
4639         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4640         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4641                 ;
4642         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4643         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4644         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4645 }
4646
4647 /*
4648  * Build gfp_thisnode zonelists
4649  */
4650 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4651 {
4652         int j;
4653         struct zonelist *zonelist;
4654
4655         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK];
4656         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4657         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4658         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4659 }
4660
4661 /*
4662  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4663  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4664  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4665  * may still exist in local DMA zone.
4666  */
4667 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4668
4669 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4670 {
4671         int pos, j, node;
4672         int zone_type;          /* needs to be signed */
4673         struct zone *z;
4674         struct zonelist *zonelist;
4675
4676         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4677         pos = 0;
4678         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4679                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4680                         node = node_order[j];
4681                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4682                         if (managed_zone(z)) {
4683                                 zoneref_set_zone(z,
4684                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4685                                 check_highest_zone(zone_type);
4686                         }
4687                 }
4688         }
4689         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4690         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4691 }
4692
4693 #if defined(CONFIG_64BIT)
4694 /*
4695  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4696  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4697  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4698  */
4699 static int default_zonelist_order(void)
4700 {
4701         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4702 }
4703 #else
4704 /*
4705  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4706  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4707  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4708  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4709  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4710  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4711  */
4712 static int default_zonelist_order(void)
4713 {
4714         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4715 }
4716 #endif /* CONFIG_64BIT */
4717
4718 static void set_zonelist_order(void)
4719 {
4720         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4721                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4722         else
4723                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4724 }
4725
4726 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4727 {
4728         int i, node, load;
4729         nodemask_t used_mask;
4730         int local_node, prev_node;
4731         struct zonelist *zonelist;
4732         unsigned int order = current_zonelist_order;
4733
4734         /* initialize zonelists */
4735         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4736                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4737                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4738                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4739         }
4740
4741         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4742         local_node = pgdat->node_id;
4743         load = nr_online_nodes;
4744         prev_node = local_node;
4745         nodes_clear(used_mask);
4746
4747         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4748         i = 0;
4749
4750         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4751                 /*
4752                  * We don't want to pressure a particular node.
4753                  * So adding penalty to the first node in same
4754                  * distance group to make it round-robin.
4755                  */
4756                 if (node_distance(local_node, node) !=
4757                     node_distance(local_node, prev_node))
4758                         node_load[node] = load;
4759
4760                 prev_node = node;
4761                 load--;
4762                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4763                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4764                 else
4765                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4766         }
4767
4768         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4769                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4770                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4771         }
4772
4773         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4774 }
4775
4776 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4777 /*
4778  * Return node id of node used for "local" allocations.
4779  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4780  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4781  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4782  */
4783 int local_memory_node(int node)
4784 {
4785         struct zoneref *z;
4786
4787         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4788                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4789                                    NULL);
4790         return z->zone->node;
4791 }
4792 #endif
4793
4794 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
4795 static void setup_min_slab_ratio(void);
4796 #else   /* CONFIG_NUMA */
4797
4798 static void set_zonelist_order(void)
4799 {
4800         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4801 }
4802
4803 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4804 {
4805         int node, local_node;
4806         enum zone_type j;
4807         struct zonelist *zonelist;
4808
4809         local_node = pgdat->node_id;
4810
4811         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4812         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4813
4814         /*
4815          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4816          * of all the other nodes.
4817          * We don't want to pressure a particular node, so when
4818          * building the zones for node N, we make sure that the
4819          * zones coming right after the local ones are those from
4820          * node N+1 (modulo N)
4821          */
4822         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4823                 if (!node_online(node))
4824                         continue;
4825                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4826         }
4827         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4828                 if (!node_online(node))
4829                         continue;
4830                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4831         }
4832
4833         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4834         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4835 }
4836
4837 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4838
4839 /*
4840  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4841  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4842  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4843  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4844  * with interrupts disabled.
4845  *
4846  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4847  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4848  * hotplugged processors.
4849  *
4850  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4851  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4852  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4853  */
4854 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4855 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4856 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4857
4858 /*
4859  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4860  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4861  */
4862 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4863
4864 /* return values int ....just for stop_machine() */
4865 static int __build_all_zonelists(void *data)
4866 {
4867         int nid;
4868         int cpu;
4869         pg_data_t *self = data;
4870
4871 #ifdef CONFIG_NUMA
4872         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4873 #endif
4874
4875         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4876                 build_zonelists(self);
4877         }
4878
4879         for_each_online_node(nid) {
4880                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4881
4882                 build_zonelists(pgdat);
4883         }
4884
4885         /*
4886          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4887          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4888          * each zone will be allocated later when the per cpu
4889          * allocator is available.
4890          *
4891          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4892          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4893          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4894          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4895          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4896          * (a chicken-egg dilemma).
4897          */
4898         for_each_possible_cpu(cpu) {
4899                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4900
4901 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4902                 /*
4903                  * We now know the "local memory node" for each node--
4904                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4905                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4906                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4907                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4908                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4909                  */
4910                 if (cpu_online(cpu))
4911                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4912 #endif
4913         }
4914
4915         return 0;
4916 }
4917
4918 static noinline void __init
4919 build_all_zonelists_init(void)
4920 {
4921         __build_all_zonelists(NULL);
4922         mminit_verify_zonelist();
4923         cpuset_init_current_mems_allowed();
4924 }
4925
4926 /*
4927  * Called with zonelists_mutex held always
4928  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4929  *
4930  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4931  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4932  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4933  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4934  */
4935 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4936 {
4937         set_zonelist_order();
4938
4939         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4940                 build_all_zonelists_init();
4941         } else {
4942 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4943                 if (zone)
4944                         setup_zone_pageset(zone);
4945 #endif
4946                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4947                    of zonelist */
4948                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4949                 /* cpuset refresh routine should be here */
4950         }
4951         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4952         /*
4953          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4954          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4955          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4956          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4957          * disabled and enable it later
4958          */
4959         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4960                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4961         else
4962                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4963
4964         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
4965                 nr_online_nodes,
4966                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4967                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4968                 vm_total_pages);
4969 #ifdef CONFIG_NUMA
4970         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4971 #endif
4972 }
4973
4974 /*
4975  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4976  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4977  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4978  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4979  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4980  * conservative, even though it seems large.
4981  *
4982  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4983  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4984  */
4985 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4986
4987 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4988 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4989 {
4990         unsigned long size = 1;
4991
4992         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4993
4994         while (size < pages)
4995                 size <<= 1;
4996
4997         /*
4998          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4999          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
5000          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
5001          */
5002         size = min(size, 4096UL);
5003
5004         return max(size, 4UL);
5005 }
5006 #else
5007 /*
5008  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
5009  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
5010  *
5011  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
5012  *
5013  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
5014  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
5015  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
5016  *
5017  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
5018  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
5019  *
5020  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
5021  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
5022  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
5023  */
5024 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5025 {
5026         return 4096UL;
5027 }
5028 #endif
5029
5030 /*
5031  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
5032  * to extract the more random high bits from the multiplicative
5033  * hash function before the remainder is taken.
5034  */
5035 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
5036 {
5037         return ffz(~size);
5038 }
5039
5040 /*
5041  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5042  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5043  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5044  */
5045 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5046                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5047 {
5048         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5049         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5050         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5051         unsigned long pfn;
5052         unsigned long nr_initialised = 0;
5053 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5054         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5055 #endif
5056
5057         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5058                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5059
5060         /*
5061          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5062          * memory
5063          */
5064         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5065                 start_pfn += altmap->reserve;
5066
5067         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5068                 /*
5069                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5070                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5071                  */
5072                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5073                         goto not_early;
5074
5075                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5076                         continue;
5077                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5078                         continue;
5079                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5080                         break;
5081
5082 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5083                 /*
5084                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5085                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5086                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5087                  */
5088                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5089                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5090                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5091                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5092                                                 break;
5093                                 r = tmp;
5094                         }
5095                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5096                             memblock_is_mirror(r)) {
5097                                 /* already initialized as NORMAL */
5098                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5099                                 continue;
5100                         }
5101                 }
5102 #endif
5103
5104 not_early:
5105                 /*
5106                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5107                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5108                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5109                  * the address space during boot when many long-lived
5110                  * kernel allocations are made.
5111                  *
5112                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5113                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5114                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5115                  * pfn out of zone.
5116                  */
5117                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5118                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5119
5120                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5121                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5122                 } else {
5123                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5124                 }
5125         }
5126 }
5127
5128 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5129 {
5130         unsigned int order, t;
5131         for_each_migratetype_order(order, t) {
5132                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5133                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5134         }
5135 }
5136
5137 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5138 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5139         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5140 #endif
5141
5142 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5143 {
5144 #ifdef CONFIG_MMU
5145         int batch;
5146
5147         /*
5148          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5149          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5150          *
5151          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5152          */
5153         batch = zone->managed_pages / 1024;
5154         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5155                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5156         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5157         if (batch < 1)
5158                 batch = 1;
5159
5160         /*
5161          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5162          * of 2 value was found to be more likely to have
5163          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5164          *
5165          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5166          * batches of pages, one task can end up with a lot
5167          * of pages of one half of the possible page colors
5168          * and the other with pages of the other colors.
5169          */
5170         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5171
5172         return batch;
5173
5174 #else
5175         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5176          * conditions.
5177          *
5178          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5179          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5180          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5181          *
5182          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5183          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5184          * can be a significant delay between the individual batches being
5185          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5186          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5187          */
5188         return 0;
5189 #endif
5190 }
5191
5192 /*
5193  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5194  * ->batch must never be higher then ->high.
5195  * The following function updates them in a safe manner without read side
5196  * locking.
5197  *
5198  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5199  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5200  *
5201  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5202  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5203  * exist).
5204  */
5205 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5206                 unsigned long batch)
5207 {
5208        /* start with a fail safe value for batch */
5209         pcp->batch = 1;
5210         smp_wmb();
5211
5212        /* Update high, then batch, in order */
5213         pcp->high = high;
5214         smp_wmb();
5215
5216         pcp->batch = batch;
5217 }
5218
5219 /* a companion to pageset_set_high() */
5220 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5221 {
5222         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5223 }
5224
5225 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5226 {
5227         struct per_cpu_pages *pcp;
5228         int migratetype;
5229
5230         memset(p, 0, sizeof(*p));
5231
5232         pcp = &p->pcp;
5233         pcp->count = 0;
5234         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5235                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5236 }
5237
5238 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5239 {
5240         pageset_init(p);
5241         pageset_set_batch(p, batch);
5242 }
5243
5244 /*
5245  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5246  * to the value high for the pageset p.
5247  */
5248 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5249                                 unsigned long high)
5250 {
5251         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5252         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5253                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5254
5255         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5256 }
5257
5258 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5259                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5260 {
5261         if (percpu_pagelist_fraction)
5262                 pageset_set_high(pcp,
5263                         (zone->managed_pages /
5264                                 percpu_pagelist_fraction));
5265         else
5266                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5267 }
5268
5269 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5270 {
5271         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5272
5273         pageset_init(pcp);
5274         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5275 }
5276
5277 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5278 {
5279         int cpu;
5280         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5281         for_each_possible_cpu(cpu)
5282                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5283 }
5284
5285 /*
5286  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5287  * Before this call only boot pagesets were available.
5288  */
5289 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5290 {
5291         struct pglist_data *pgdat;
5292         struct zone *zone;
5293
5294         for_each_populated_zone(zone)
5295                 setup_zone_pageset(zone);
5296
5297         for_each_online_pgdat(pgdat)
5298                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5299                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5300 }
5301
5302 static noinline __ref
5303 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
5304 {
5305         int i;
5306         size_t alloc_size;
5307
5308         /*
5309          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
5310          * per zone.
5311          */
5312         zone->wait_table_hash_nr_entries =
5313                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
5314         zone->wait_table_bits =
5315                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
5316         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
5317                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
5318
5319         if (!slab_is_available()) {
5320                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
5321                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
5322                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
5323         } else {
5324                 /*
5325                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
5326                  * via memory hot-add.
5327                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
5328                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
5329                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
5330                  * node itself as well.
5331                  * To use this new node's memory, further consideration will be
5332                  * necessary.
5333                  */
5334                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
5335         }
5336         if (!zone->wait_table)
5337                 return -ENOMEM;
5338
5339         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
5340                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
5341
5342         return 0;
5343 }
5344
5345 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5346 {
5347         /*
5348          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5349          * relies on the ability of the linker to provide the
5350          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5351          */
5352         zone->pageset = &boot_pageset;
5353
5354         if (populated_zone(zone))
5355                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5356                         zone->name, zone->present_pages,
5357                                          zone_batchsize(zone));
5358 }
5359
5360 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5361                                         unsigned long zone_start_pfn,
5362                                         unsigned long size)
5363 {
5364         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5365         int ret;
5366         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5367         if (ret)
5368                 return ret;
5369         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5370
5371         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5372
5373         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5374                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5375                         pgdat->node_id,
5376                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5377                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5378
5379         zone_init_free_lists(zone);
5380
5381         return 0;
5382 }
5383
5384 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5385 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5386
5387 /*
5388  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5389  */
5390 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5391                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5392 {
5393         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5394         int nid;
5395
5396         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5397                 return state->last_nid;
5398
5399         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5400         if (nid != -1) {
5401                 state->last_start = start_pfn;
5402                 state->last_end = end_pfn;
5403                 state->last_nid = nid;
5404         }
5405
5406         return nid;
5407 }
5408 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5409
5410 /**
5411  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5412  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5413  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5414  *
5415  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5416  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5417  * memblock_free_early_nid() manually.
5418  */
5419 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5420 {
5421         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5422         int i, this_nid;
5423
5424         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5425                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5426                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5427
5428                 if (start_pfn < end_pfn)
5429                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5430                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5431                                         this_nid);
5432         }
5433 }
5434
5435 /**
5436  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5437  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5438  *
5439  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5440  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5441  */
5442 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5443 {
5444         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5445         int i, this_nid;
5446
5447         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5448                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5449 }
5450
5451 /**
5452  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5453  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5454  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5455  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5456  *
5457  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5458  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5459  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5460  * PFNs will be 0.
5461  */
5462 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5463                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5464 {
5465         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5466         int i;
5467
5468         *start_pfn = -1UL;
5469         *end_pfn = 0;
5470
5471         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5472                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5473                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5474         }
5475
5476         if (*start_pfn == -1UL)
5477                 *start_pfn = 0;
5478 }
5479
5480 /*
5481  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5482  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5483  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5484  */
5485 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5486 {
5487         int zone_index;
5488         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5489                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5490                         continue;
5491
5492                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5493                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5494                         break;
5495         }
5496
5497         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5498         movable_zone = zone_index;
5499 }
5500
5501 /*
5502  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5503  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5504  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5505  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5506  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5507  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5508  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5509  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5510  */
5511 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5512                                         unsigned long zone_type,
5513                                         unsigned long node_start_pfn,
5514                                         unsigned long node_end_pfn,
5515                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5516                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5517 {
5518         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5519         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5520                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5521                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5522                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5523                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5524                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5525
5526                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5527                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5528                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5529                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5530                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5531
5532                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5533                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5534                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5535         }
5536 }
5537
5538 /*
5539  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5540  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5541  */
5542 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5543                                         unsigned long zone_type,
5544                                         unsigned long node_start_pfn,
5545                                         unsigned long node_end_pfn,
5546                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5547                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5548                                         unsigned long *ignored)
5549 {
5550         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5551         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5552                 return 0;
5553
5554         /* Get the start and end of the zone */
5555         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5556         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5557         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5558                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5559                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5560
5561         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5562         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5563                 return 0;
5564
5565         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5566         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5567         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5568
5569         /* Return the spanned pages */
5570         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5571 }
5572
5573 /*
5574  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5575  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5576  */
5577 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5578                                 unsigned long range_start_pfn,
5579                                 unsigned long range_end_pfn)
5580 {
5581         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5582         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5583         int i;
5584
5585         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5586                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5587                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5588                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5589         }
5590         return nr_absent;
5591 }
5592
5593 /**
5594  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5595  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5596  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5597  *
5598  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5599  */
5600 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5601                                                         unsigned long end_pfn)
5602 {
5603         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5604 }
5605
5606 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5607 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5608                                         unsigned long zone_type,
5609                                         unsigned long node_start_pfn,
5610                                         unsigned long node_end_pfn,
5611                                         unsigned long *ignored)
5612 {
5613         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5614         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5615         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5616         unsigned long nr_absent;
5617
5618         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5619         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5620                 return 0;
5621
5622         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5623         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5624
5625         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5626                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5627                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5628         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5629
5630         /*
5631          * ZONE_MOVABLE handling.
5632          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5633          * and vice versa.
5634          */
5635         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5636                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5637                 struct memblock_region *r;
5638
5639                 for_each_memblock(memory, r) {
5640                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5641                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5642                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5643                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5644
5645                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5646                             memblock_is_mirror(r))
5647                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5648
5649                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5650                             !memblock_is_mirror(r))
5651                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5652                 }
5653         }
5654
5655         return nr_absent;
5656 }
5657
5658 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5659 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5660                                         unsigned long zone_type,
5661                                         unsigned long node_start_pfn,
5662                                         unsigned long node_end_pfn,
5663                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5664                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5665                                         unsigned long *zones_size)
5666 {
5667         unsigned int zone;
5668
5669         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5670         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5671                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5672
5673         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5674
5675         return zones_size[zone_type];
5676 }
5677
5678 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5679                                                 unsigned long zone_type,
5680                                                 unsigned long node_start_pfn,
5681                                                 unsigned long node_end_pfn,
5682                                                 unsigned long *zholes_size)
5683 {
5684         if (!zholes_size)
5685                 return 0;
5686
5687         return zholes_size[zone_type];
5688 }
5689
5690 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5691
5692 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5693                                                 unsigned long node_start_pfn,
5694                                                 unsigned long node_end_pfn,
5695                                                 unsigned long *zones_size,
5696                                                 unsigned long *zholes_size)
5697 {
5698         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5699         enum zone_type i;
5700
5701         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5702                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5703                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5704                 unsigned long size, real_size;
5705
5706                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5707                                                   node_start_pfn,
5708                                                   node_end_pfn,
5709                                                   &zone_start_pfn,
5710                                                   &zone_end_pfn,
5711                                                   zones_size);
5712                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5713                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5714                                                   zholes_size);
5715                 if (size)
5716                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5717                 else
5718                         zone->zone_start_pfn = 0;
5719                 zone->spanned_pages = size;
5720                 zone->present_pages = real_size;
5721
5722                 totalpages += size;
5723                 realtotalpages += real_size;
5724         }
5725
5726         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5727         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5728         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5729                                                         realtotalpages);
5730 }
5731
5732 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5733 /*
5734  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5735  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5736  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5737  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5738  * bytes.
5739  */
5740 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5741 {
5742         unsigned long usemapsize;
5743
5744         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5745         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5746         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5747         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5748         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5749
5750         return usemapsize / 8;
5751 }
5752
5753 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5754                                 struct zone *zone,
5755                                 unsigned long zone_start_pfn,
5756                                 unsigned long zonesize)
5757 {
5758         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5759         zone->pageblock_flags = NULL;
5760         if (usemapsize)
5761                 zone->pageblock_flags =
5762                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5763                                                          pgdat->node_id);
5764 }
5765 #else
5766 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5767                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5768 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5769
5770 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5771
5772 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5773 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5774 {
5775         unsigned int order;
5776
5777         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5778         if (pageblock_order)
5779                 return;
5780
5781         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5782                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5783         else
5784                 order = MAX_ORDER - 1;
5785
5786         /*
5787          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5788          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5789          * powerpc.
5790          */
5791         pageblock_order = order;
5792 }
5793 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5794
5795 /*
5796  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5797  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5798  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5799  * the kernel config
5800  */
5801 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5802 {
5803 }
5804
5805 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5806
5807 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5808                                                    unsigned long present_pages)
5809 {
5810         unsigned long pages = spanned_pages;
5811
5812         /*
5813          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5814          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5815          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5816          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5817          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5818          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5819          */
5820         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5821             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5822                 pages = present_pages;
5823
5824         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5825 }
5826
5827 /*
5828  * Set up the zone data structures:
5829  *   - mark all pages reserved
5830  *   - mark all memory queues empty
5831  *   - clear the memory bitmaps
5832  *
5833  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5834  */
5835 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5836 {
5837         enum zone_type j;
5838         int nid = pgdat->node_id;
5839         int ret;
5840
5841         pgdat_resize_init(pgdat);
5842 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5843         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5844         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5845         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5846 #endif
5847 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5848         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5849         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5850         pgdat->split_queue_len = 0;
5851 #endif
5852         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5853         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5854 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5855         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5856 #endif
5857         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5858         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
5859         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
5860
5861         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5862                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5863                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5864                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5865
5866                 size = zone->spanned_pages;
5867                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5868
5869                 /*
5870                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5871                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5872                  * and per-cpu initialisations
5873                  */
5874                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5875                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5876                         if (freesize >= memmap_pages) {
5877                                 freesize -= memmap_pages;
5878                                 if (memmap_pages)
5879                                         printk(KERN_DEBUG
5880                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5881                                                zone_names[j], memmap_pages);
5882                         } else
5883                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5884                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5885                 }
5886
5887                 /* Account for reserved pages */
5888                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5889                         freesize -= dma_reserve;
5890                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5891                                         zone_names[0], dma_reserve);
5892                 }
5893
5894                 if (!is_highmem_idx(j))
5895                         nr_kernel_pages += freesize;
5896                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5897                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5898                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5899                 nr_all_pages += freesize;
5900
5901                 /*
5902                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5903                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5904                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5905                  */
5906                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5907 #ifdef CONFIG_NUMA
5908                 zone->node = nid;
5909 #endif
5910                 zone->name = zone_names[j];
5911                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5912                 spin_lock_init(&zone->lock);
5913                 zone_seqlock_init(zone);
5914                 zone_pcp_init(zone);
5915
5916                 if (!size)
5917                         continue;
5918
5919                 set_pageblock_order();
5920                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5921                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5922                 BUG_ON(ret);
5923                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5924         }
5925 }
5926
5927 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5928 {
5929         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5930         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5931
5932         /* Skip empty nodes */
5933         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5934                 return;
5935
5936 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5937         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5938         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5939         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5940         if (!pgdat->node_mem_map) {
5941                 unsigned long size, end;
5942                 struct page *map;
5943
5944                 /*
5945                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5946                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5947                  * for the buddy allocator to function correctly.
5948                  */
5949                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5950                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5951                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5952                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5953                 if (!map)
5954                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5955                                                                pgdat->node_id);
5956                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5957         }
5958 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5959         /*
5960          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5961          */
5962         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5963                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5964 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5965                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5966                         mem_map -= offset;
5967 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5968         }
5969 #endif
5970 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5971 }
5972
5973 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5974                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5975 {
5976         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5977         unsigned long start_pfn = 0;
5978         unsigned long end_pfn = 0;
5979
5980         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5981         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
5982
5983         reset_deferred_meminit(pgdat);
5984         pgdat->node_id = nid;
5985         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5986         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
5987 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5988         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5989         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5990                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5991                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5992 #else
5993         start_pfn = node_start_pfn;
5994 #endif
5995         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5996                                   zones_size, zholes_size);
5997
5998         alloc_node_mem_map(pgdat);
5999 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6000         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6001                 nid, (unsigned long)pgdat,
6002                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6003 #endif
6004
6005         free_area_init_core(pgdat);
6006 }
6007
6008 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6009
6010 #if MAX_NUMNODES > 1
6011 /*
6012  * Figure out the number of possible node ids.
6013  */
6014 void __init setup_nr_node_ids(void)
6015 {
6016         unsigned int highest;
6017
6018         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6019         nr_node_ids = highest + 1;
6020 }
6021 #endif
6022
6023 /**
6024  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6025  *
6026  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6027  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6028  * all the nodes.
6029  *
6030  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6031  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6032  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6033  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6034  *
6035  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6036  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6037  * populated node map.
6038  *
6039  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6040  * requirement (single node).
6041  */
6042 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6043 {
6044         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6045         unsigned long start, end, mask;
6046         int last_nid = -1;
6047         int i, nid;
6048
6049         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6050                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6051                         last_nid = nid;
6052                         last_end = end;
6053                         continue;
6054                 }
6055
6056                 /*
6057                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6058                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6059                  * too coarse to separate the current node from the last.
6060                  */
6061                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6062                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6063                         mask <<= 1;
6064
6065                 /* accumulate all internode masks */
6066                 accl_mask |= mask;
6067         }
6068
6069         /* convert mask to number of pages */
6070         return ~accl_mask + 1;
6071 }
6072
6073 /* Find the lowest pfn for a node */
6074 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6075 {
6076         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6077         unsigned long start_pfn;
6078         int i;
6079
6080         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6081                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6082
6083         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6084                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6085                 return 0;
6086         }
6087
6088         return min_pfn;
6089 }
6090
6091 /**
6092  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6093  *
6094  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6095  * memblock_set_node().
6096  */
6097 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6098 {
6099         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6100 }
6101
6102 /*
6103  * early_calculate_totalpages()
6104  * Sum pages in active regions for movable zone.
6105  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6106  */
6107 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6108 {
6109         unsigned long totalpages = 0;
6110         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6111         int i, nid;
6112
6113         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6114                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6115
6116                 totalpages += pages;
6117                 if (pages)
6118                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6119         }
6120         return totalpages;
6121 }
6122
6123 /*
6124  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6125  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6126  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6127  * others
6128  */
6129 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6130 {
6131         int i, nid;
6132         unsigned long usable_startpfn;
6133         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6134         /* save the state before borrow the nodemask */
6135         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6136         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6137         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6138         struct memblock_region *r;
6139
6140         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6141         find_usable_zone_for_movable();
6142
6143         /*
6144          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6145          * options.
6146          */
6147         if (movable_node_is_enabled()) {
6148                 for_each_memblock(memory, r) {
6149                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6150                                 continue;
6151
6152                         nid = r->nid;
6153
6154                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6155                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6156                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6157                                 usable_startpfn;
6158                 }
6159
6160                 goto out2;
6161         }
6162
6163         /*
6164          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6165          */
6166         if (mirrored_kernelcore) {
6167                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6168
6169                 for_each_memblock(memory, r) {
6170                         if (memblock_is_mirror(r))
6171                                 continue;
6172
6173                         nid = r->nid;
6174
6175                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6176
6177                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6178                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6179                                 continue;
6180                         }
6181
6182                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6183                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6184                                 usable_startpfn;
6185                 }
6186
6187                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6188                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6189
6190                 goto out2;
6191         }
6192
6193         /*
6194          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6195          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6196          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6197          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6198          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6199          * what movablecore would have allowed.
6200          */
6201         if (required_movablecore) {
6202                 unsigned long corepages;
6203
6204                 /*
6205                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6206                  * was requested by the user
6207                  */
6208                 required_movablecore =
6209                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6210                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6211                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6212
6213                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6214         }
6215
6216         /*
6217          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6218          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6219          */
6220         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6221                 goto out;
6222
6223         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6224         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6225
6226 restart:
6227         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6228         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6229         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6230                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6231
6232                 /*
6233                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6234                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6235                  * amount of memory for the kernel
6236                  */
6237                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6238                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6239
6240                 /*
6241                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6242                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6243                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6244                  */
6245                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6246
6247                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6248                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6249                         unsigned long size_pages;
6250
6251                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6252                         if (start_pfn >= end_pfn)
6253                                 continue;
6254
6255                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6256                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6257                                 unsigned long kernel_pages;
6258                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6259                                                                 - start_pfn;
6260
6261                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6262                                                         kernelcore_remaining);
6263                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6264                                                         required_kernelcore);
6265
6266                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6267                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6268
6269                                         /*
6270                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6271                                          * that if we have to rebalance
6272                                          * kernelcore across nodes, we will
6273                                          * not double account here
6274                                          */
6275                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6276                                         continue;
6277                                 }
6278                                 start_pfn = usable_startpfn;
6279                         }
6280
6281                         /*
6282                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6283                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6284                          * number of pages used as kernelcore
6285                          */
6286                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6287                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6288                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6289                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6290
6291                         /*
6292                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6293                          * break if the kernelcore for this node has been
6294                          * satisfied
6295                          */
6296                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6297                                                                 size_pages);
6298                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6299                         if (!kernelcore_remaining)
6300                                 break;
6301                 }
6302         }
6303
6304         /*
6305          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6306          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6307          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6308          * satisfied
6309          */
6310         usable_nodes--;
6311         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6312                 goto restart;
6313
6314 out2:
6315         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6316         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6317                 zone_movable_pfn[nid] =
6318                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6319
6320 out:
6321         /* restore the node_state */
6322         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6323 }
6324
6325 /* Any regular or high memory on that node ? */
6326 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6327 {
6328         enum zone_type zone_type;
6329
6330         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6331                 return;
6332
6333         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6334                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6335                 if (populated_zone(zone)) {
6336                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6337                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6338                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6339                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6340                         break;
6341                 }
6342         }
6343 }
6344
6345 /**
6346  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6347  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6348  *
6349  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6350  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6351  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6352  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6353  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6354  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6355  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6356  * at arch_max_dma_pfn.
6357  */
6358 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6359 {
6360         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6361         int i, nid;
6362
6363         /* Record where the zone boundaries are */
6364         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6365                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6366         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6367                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6368
6369         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6370
6371         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6372                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6373                         continue;
6374
6375                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6376                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6377                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6378
6379                 start_pfn = end_pfn;
6380         }
6381         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6382         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6383
6384         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6385         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6386         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6387
6388         /* Print out the zone ranges */
6389         pr_info("Zone ranges:\n");
6390         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6391                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6392                         continue;
6393                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6394                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6395                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6396                         pr_cont("empty\n");
6397                 else
6398                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6399                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6400                                         << PAGE_SHIFT,
6401                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6402                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6403         }
6404
6405         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6406         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6407         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6408                 if (zone_movable_pfn[i])
6409                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6410                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6411         }
6412
6413         /* Print out the early node map */
6414         pr_info("Early memory node ranges\n");
6415         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6416                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6417                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6418                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6419
6420         /* Initialise every node */
6421         mminit_verify_pageflags_layout();
6422         setup_nr_node_ids();
6423         for_each_online_node(nid) {
6424                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6425                 free_area_init_node(nid, NULL,
6426                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6427
6428                 /* Any memory on that node */
6429                 if (pgdat->node_present_pages)
6430                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6431                 check_for_memory(pgdat, nid);
6432         }
6433 }
6434
6435 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6436 {
6437         unsigned long long coremem;
6438         if (!p)
6439                 return -EINVAL;
6440
6441         coremem = memparse(p, &p);
6442         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6443
6444         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6445         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6446
6447         return 0;
6448 }
6449
6450 /*
6451  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6452  * cannot be reclaimed or migrated.
6453  */
6454 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6455 {
6456         /* parse kernelcore=mirror */
6457         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6458                 mirrored_kernelcore = true;
6459                 return 0;
6460         }
6461
6462         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6463 }
6464
6465 /*
6466  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6467  * can be reclaimed or migrated.
6468  */
6469 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6470 {
6471         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6472 }
6473
6474 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6475 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6476
6477 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6478
6479 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6480 {
6481         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6482         page_zone(page)->managed_pages += count;
6483         totalram_pages += count;
6484 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6485         if (PageHighMem(page))
6486                 totalhigh_pages += count;
6487 #endif
6488         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6489 }
6490 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6491
6492 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6493 {
6494         void *pos;
6495         unsigned long pages = 0;
6496
6497         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6498         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6499         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6500                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6501                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6502                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6503         }
6504
6505         if (pages && s)
6506                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6507                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6508
6509         return pages;
6510 }
6511 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6512
6513 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6514 void free_highmem_page(struct page *page)
6515 {
6516         __free_reserved_page(page);
6517         totalram_pages++;
6518         page_zone(page)->managed_pages++;
6519         totalhigh_pages++;
6520 }
6521 #endif
6522
6523
6524 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6525 {
6526         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6527         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6528
6529         physpages = get_num_physpages();
6530         codesize = _etext - _stext;
6531         datasize = _edata - _sdata;
6532         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6533         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6534         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6535         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6536
6537         /*
6538          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6539          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6540          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6541          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6542          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6543          */
6544 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6545         do { \
6546                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6547                         size -= adj; \
6548         } while (0)
6549
6550         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6551                      _sinittext, init_code_size);
6552         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6553         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6554         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6555         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6556
6557 #undef  adj_init_size
6558
6559         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6560 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6561                 ", %luK highmem"
6562 #endif
6563                 "%s%s)\n",
6564                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6565                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6566                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6567                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6568                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6569                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6570 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6571                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6572 #endif
6573                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6574 }
6575
6576 /**
6577  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6578  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6579  *
6580  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6581  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6582  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6583  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6584  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6585  * smaller per-cpu batchsize.
6586  */
6587 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6588 {
6589         dma_reserve = new_dma_reserve;
6590 }
6591
6592 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6593 {
6594         free_area_init_node(0, zones_size,
6595                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6596 }
6597
6598 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6599                                  unsigned long action, void *hcpu)
6600 {
6601         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6602
6603         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6604                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6605                 drain_pages(cpu);
6606
6607                 /*
6608                  * Spill the event counters of the dead processor
6609                  * into the current processors event counters.
6610                  * This artificially elevates the count of the current
6611                  * processor.
6612                  */
6613                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6614
6615                 /*
6616                  * Zero the differential counters of the dead processor
6617                  * so that the vm statistics are consistent.
6618                  *
6619                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6620                  * race with what we are doing.
6621                  */
6622                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6623         }
6624         return NOTIFY_OK;
6625 }
6626
6627 void __init page_alloc_init(void)
6628 {
6629         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6630 }
6631
6632 /*
6633  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6634  *      or min_free_kbytes changes.
6635  */
6636 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6637 {
6638         struct pglist_data *pgdat;
6639         unsigned long reserve_pages = 0;
6640         enum zone_type i, j;
6641
6642         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6643
6644                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6645
6646                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6647                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6648                         long max = 0;
6649
6650                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6651                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6652                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6653                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6654                         }
6655
6656                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6657                         max += high_wmark_pages(zone);
6658
6659                         if (max > zone->managed_pages)
6660                                 max = zone->managed_pages;
6661
6662                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6663
6664                         reserve_pages += max;
6665                 }
6666         }
6667         totalreserve_pages = reserve_pages;
6668 }
6669
6670 /*
6671  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6672  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6673  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6674  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6675  */
6676 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6677 {
6678         struct pglist_data *pgdat;
6679         enum zone_type j, idx;
6680
6681         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6682                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6683                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6684                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6685
6686                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6687
6688                         idx = j;
6689                         while (idx) {
6690                                 struct zone *lower_zone;
6691
6692                                 idx--;
6693
6694                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6695                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6696
6697                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6698                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6699                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6700                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6701                         }
6702                 }
6703         }
6704
6705         /* update totalreserve_pages */
6706         calculate_totalreserve_pages();
6707 }
6708
6709 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6710 {
6711         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6712         unsigned long lowmem_pages = 0;
6713         struct zone *zone;
6714         unsigned long flags;
6715
6716         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6717         for_each_zone(zone) {
6718                 if (!is_highmem(zone))
6719                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6720         }
6721
6722         for_each_zone(zone) {
6723                 u64 tmp;
6724
6725                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6726                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6727                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6728                 if (is_highmem(zone)) {
6729                         /*
6730                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6731                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6732                          * value here.
6733                          *
6734                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6735                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6736                          * not be capped for highmem.
6737                          */
6738                         unsigned long min_pages;
6739
6740                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6741                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6742                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6743                 } else {
6744                         /*
6745                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6746                          * proportionate to the zone's size.
6747                          */
6748                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6749                 }
6750
6751                 /*
6752                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6753                  * scale factor in proportion to available memory, but
6754                  * ensure a minimum size on small systems.
6755                  */
6756                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6757                             mult_frac(zone->managed_pages,
6758                                       watermark_scale_factor, 10000));
6759
6760                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6761                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6762
6763                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6764         }
6765
6766         /* update totalreserve_pages */
6767         calculate_totalreserve_pages();
6768 }
6769
6770 /**
6771  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6772  * or when memory is hot-{added|removed}
6773  *
6774  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6775  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6776  */
6777 void setup_per_zone_wmarks(void)
6778 {
6779         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6780         __setup_per_zone_wmarks();
6781         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6782 }
6783
6784 /*
6785  * Initialise min_free_kbytes.
6786  *
6787  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6788  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6789  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6790  *
6791  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6792  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6793  *
6794  * which yields
6795  *
6796  * 16MB:        512k
6797  * 32MB:        724k
6798  * 64MB:        1024k
6799  * 128MB:       1448k
6800  * 256MB:       2048k
6801  * 512MB:       2896k
6802  * 1024MB:      4096k
6803  * 2048MB:      5792k
6804  * 4096MB:      8192k
6805  * 8192MB:      11584k
6806  * 16384MB:     16384k
6807  */
6808 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6809 {
6810         unsigned long lowmem_kbytes;
6811         int new_min_free_kbytes;
6812
6813         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6814         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6815
6816         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6817                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6818                 if (min_free_kbytes < 128)
6819                         min_free_kbytes = 128;
6820                 if (min_free_kbytes > 65536)
6821                         min_free_kbytes = 65536;
6822         } else {
6823                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6824                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6825         }
6826         setup_per_zone_wmarks();
6827         refresh_zone_stat_thresholds();
6828         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6829
6830 #ifdef CONFIG_NUMA
6831         setup_min_unmapped_ratio();
6832         setup_min_slab_ratio();
6833 #endif
6834
6835         return 0;
6836 }
6837 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6838
6839 /*
6840  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6841  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6842  *      changes.
6843  */
6844 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6845         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6846 {
6847         int rc;
6848
6849         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6850         if (rc)
6851                 return rc;
6852
6853         if (write) {
6854                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6855                 setup_per_zone_wmarks();
6856         }
6857         return 0;
6858 }
6859
6860 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6861         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6862 {
6863         int rc;
6864
6865         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6866         if (rc)
6867                 return rc;
6868
6869         if (write)
6870                 setup_per_zone_wmarks();
6871
6872         return 0;
6873 }
6874
6875 #ifdef CONFIG_NUMA
6876 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6877 {
6878         pg_data_t *pgdat;
6879         struct zone *zone;
6880
6881         for_each_online_pgdat(pgdat)
6882                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6883
6884         for_each_zone(zone)
6885                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
6886                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6887 }
6888
6889
6890 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6891         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6892 {
6893         int rc;
6894
6895         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6896         if (rc)
6897                 return rc;
6898
6899         setup_min_unmapped_ratio();
6900
6901         return 0;
6902 }
6903
6904 static void setup_min_slab_ratio(void)
6905 {
6906         pg_data_t *pgdat;
6907         struct zone *zone;
6908
6909         for_each_online_pgdat(pgdat)
6910                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6911
6912         for_each_zone(zone)
6913                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
6914                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6915 }
6916
6917 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6918         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6919 {
6920         int rc;
6921
6922         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6923         if (rc)
6924                 return rc;
6925
6926         setup_min_slab_ratio();
6927
6928         return 0;
6929 }
6930 #endif
6931
6932 /*
6933  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6934  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6935  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6936  *
6937  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6938  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6939  * if in function of the boot time zone sizes.
6940  */
6941 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6942         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6943 {
6944         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6945         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6946         return 0;
6947 }
6948
6949 /*
6950  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6951  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6952  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6953  */
6954 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6955         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6956 {
6957         struct zone *zone;
6958         int old_percpu_pagelist_fraction;
6959         int ret;
6960
6961         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6962         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6963
6964         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6965         if (!write || ret < 0)
6966                 goto out;
6967
6968         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6969         if (percpu_pagelist_fraction &&
6970             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6971                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6972                 ret = -EINVAL;
6973                 goto out;
6974         }
6975
6976         /* No change? */
6977         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6978                 goto out;
6979
6980         for_each_populated_zone(zone) {
6981                 unsigned int cpu;
6982
6983                 for_each_possible_cpu(cpu)
6984                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6985                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6986         }
6987 out:
6988         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6989         return ret;
6990 }
6991
6992 #ifdef CONFIG_NUMA
6993 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6994
6995 static int __init set_hashdist(char *str)
6996 {
6997         if (!str)
6998                 return 0;
6999         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7000         return 1;
7001 }
7002 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7003 #endif
7004
7005 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7006 /*
7007  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7008  * is not known to alloc_large_system_hash().
7009  */
7010 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7011 {
7012         return 0;
7013 }
7014 #endif
7015
7016 /*
7017  * allocate a large system hash table from bootmem
7018  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7019  *   quantity of entries
7020  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7021  */
7022 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7023                                      unsigned long bucketsize,
7024                                      unsigned long numentries,
7025                                      int scale,
7026                                      int flags,
7027                                      unsigned int *_hash_shift,
7028                                      unsigned int *_hash_mask,
7029                                      unsigned long low_limit,
7030                                      unsigned long high_limit)
7031 {
7032         unsigned long long max = high_limit;
7033         unsigned long log2qty, size;
7034         void *table = NULL;
7035
7036         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7037         if (!numentries) {
7038                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7039                 numentries = nr_kernel_pages;
7040                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7041
7042                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7043                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7044                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7045
7046                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7047                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7048                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7049                 else
7050                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7051
7052                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7053                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7054                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7055                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7056                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7057                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7058                                 BUG_ON(!numentries);
7059                         }
7060                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7061                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7062         }
7063         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7064
7065         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7066         if (max == 0) {
7067                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7068                 do_div(max, bucketsize);
7069         }
7070         max = min(max, 0x80000000ULL);
7071
7072         if (numentries < low_limit)
7073                 numentries = low_limit;
7074         if (numentries > max)
7075                 numentries = max;
7076
7077         log2qty = ilog2(numentries);
7078
7079         do {
7080                 size = bucketsize << log2qty;
7081                 if (flags & HASH_EARLY)
7082                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7083                 else if (hashdist)
7084                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7085                 else {
7086                         /*
7087                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7088                          * some pages at the end of hash table which
7089                          * alloc_pages_exact() automatically does
7090                          */
7091                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7092                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7093                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7094                         }
7095                 }
7096         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7097
7098         if (!table)
7099                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7100
7101         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7102                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7103
7104         if (_hash_shift)
7105                 *_hash_shift = log2qty;
7106         if (_hash_mask)
7107                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7108
7109         return table;
7110 }
7111
7112 /*
7113  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7114  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7115  *
7116  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7117  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7118  * expect this function should be exact.
7119  */
7120 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7121                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7122 {
7123         unsigned long pfn, iter, found;
7124         int mt;
7125
7126         /*
7127          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7128          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7129          */
7130         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7131                 return false;
7132         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7133         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7134                 return false;
7135
7136         pfn = page_to_pfn(page);
7137         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7138                 unsigned long check = pfn + iter;
7139
7140                 if (!pfn_valid_within(check))
7141                         continue;
7142
7143                 page = pfn_to_page(check);
7144
7145                 /*
7146                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7147                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7148                  * handle each tail page individually in migration.
7149                  */
7150                 if (PageHuge(page)) {
7151                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7152                         continue;
7153                 }
7154
7155                 /*
7156                  * We can't use page_count without pin a page
7157                  * because another CPU can free compound page.
7158                  * This check already skips compound tails of THP
7159                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7160                  */
7161                 if (!page_ref_count(page)) {
7162                         if (PageBuddy(page))
7163                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7164                         continue;
7165                 }
7166
7167                 /*
7168                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7169                  * page_count() is not 0.
7170                  */
7171                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7172                         continue;
7173
7174                 if (!PageLRU(page))
7175                         found++;
7176                 /*
7177                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7178                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7179                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7180                  */
7181                 /*
7182                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7183                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7184                  *
7185                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7186                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7187                  * page at boot.
7188                  */
7189                 if (found > count)
7190                         return true;
7191         }
7192         return false;
7193 }
7194
7195 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7196 {
7197         struct zone *zone;
7198         unsigned long pfn;
7199
7200         /*
7201          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7202          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7203          * the zone but still within the section.
7204          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7205          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7206          */
7207         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7208                 return false;
7209
7210         zone = page_zone(page);
7211         pfn = page_to_pfn(page);
7212         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7213                 return false;
7214
7215         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7216 }
7217
7218 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7219
7220 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7221 {
7222         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7223                              pageblock_nr_pages) - 1);
7224 }
7225
7226 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7227 {
7228         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7229                                 pageblock_nr_pages));
7230 }
7231
7232 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7233 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7234                                         unsigned long start, unsigned long end)
7235 {
7236         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7237         unsigned long nr_reclaimed;
7238         unsigned long pfn = start;
7239         unsigned int tries = 0;
7240         int ret = 0;
7241
7242         migrate_prep();
7243
7244         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7245                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7246                         ret = -EINTR;
7247                         break;
7248                 }
7249
7250                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7251                         cc->nr_migratepages = 0;
7252                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7253                         if (!pfn) {
7254                                 ret = -EINTR;
7255                                 break;
7256                         }
7257                         tries = 0;
7258                 } else if (++tries == 5) {
7259                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7260                         break;
7261                 }
7262
7263                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7264                                                         &cc->migratepages);
7265                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7266
7267                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7268                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7269         }
7270         if (ret < 0) {
7271                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7272                 return ret;
7273         }
7274         return 0;
7275 }
7276
7277 /**
7278  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7279  * @start:      start PFN to allocate
7280  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7281  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7282  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7283  *                      in range must have the same migratetype and it must
7284  *                      be either of the two.
7285  *
7286  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7287  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7288  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7289  * pages fall in.
7290  *
7291  * The PFN range must belong to a single zone.
7292  *
7293  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7294  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7295  * need to be freed with free_contig_range().
7296  */
7297 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7298                        unsigned migratetype)
7299 {
7300         unsigned long outer_start, outer_end;
7301         unsigned int order;
7302         int ret = 0;
7303
7304         struct compact_control cc = {
7305                 .nr_migratepages = 0,
7306                 .order = -1,
7307                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7308                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7309                 .ignore_skip_hint = true,
7310         };
7311         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7312
7313         /*
7314          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7315          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7316          * have different sizes, and due to the way page allocator
7317          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7318          * that page allocator won't try to merge buddies from
7319          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7320          * other migration type.
7321          *
7322          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7323          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7324          * we are interested in).  This will put all the pages in
7325          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7326          *
7327          * When this is done, we take the pages in range from page
7328          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7329          * page allocator will never consider using them.
7330          *
7331          * This lets us mark the pageblocks back as
7332          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7333          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7334          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7335          */
7336
7337         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7338                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7339                                        false);
7340         if (ret)
7341                 return ret;
7342
7343         /*
7344          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7345          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7346          */
7347         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7348         if (ret && ret != -EBUSY)
7349                 goto done;
7350
7351         /*
7352          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7353          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7354          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7355          * What we are going to do is to allocate all pages from
7356          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7357          *
7358          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7359          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7360          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7361          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7362          * once this is done free the pages we are not interested in.
7363          *
7364          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7365          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7366          */
7367
7368         lru_add_drain_all();
7369         drain_all_pages(cc.zone);
7370
7371         order = 0;
7372         outer_start = start;
7373         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7374                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7375                         outer_start = start;
7376                         break;
7377                 }
7378                 outer_start &= ~0UL << order;
7379         }
7380
7381         if (outer_start != start) {
7382                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7383
7384                 /*
7385                  * outer_start page could be small order buddy page and
7386                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7387                  * in this case to report failed page properly
7388                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7389                  */
7390                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7391                         outer_start = start;
7392         }
7393
7394         /* Make sure the range is really isolated. */
7395         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7396                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7397                         __func__, outer_start, end);
7398                 ret = -EBUSY;
7399                 goto done;
7400         }
7401
7402         /* Grab isolated pages from freelists. */
7403         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7404         if (!outer_end) {
7405                 ret = -EBUSY;
7406                 goto done;
7407         }
7408
7409         /* Free head and tail (if any) */
7410         if (start != outer_start)
7411                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7412         if (end != outer_end)
7413                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7414
7415 done:
7416         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7417                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7418         return ret;
7419 }
7420
7421 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7422 {
7423         unsigned int count = 0;
7424
7425         for (; nr_pages--; pfn++) {
7426                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7427
7428                 count += page_count(page) != 1;
7429                 __free_page(page);
7430         }
7431         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7432 }
7433 #endif
7434
7435 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7436 /*
7437  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7438  * page high values need to be recalulated.
7439  */
7440 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7441 {
7442         unsigned cpu;
7443         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7444         for_each_possible_cpu(cpu)
7445                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7446                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7447         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7448 }
7449 #endif
7450
7451 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7452 {
7453         unsigned long flags;
7454         int cpu;
7455         struct per_cpu_pageset *pset;
7456
7457         /* avoid races with drain_pages()  */
7458         local_irq_save(flags);
7459         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7460                 for_each_online_cpu(cpu) {
7461                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7462                         drain_zonestat(zone, pset);
7463                 }
7464                 free_percpu(zone->pageset);
7465                 zone->pageset = &boot_pageset;
7466         }
7467         local_irq_restore(flags);
7468 }
7469
7470 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7471 /*
7472  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7473  * before calling this.
7474  */
7475 void
7476 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7477 {
7478         struct page *page;
7479         struct zone *zone;
7480         unsigned int order, i;
7481         unsigned long pfn;
7482         unsigned long flags;
7483         /* find the first valid pfn */
7484         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7485                 if (pfn_valid(pfn))
7486                         break;
7487         if (pfn == end_pfn)
7488                 return;
7489         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7490         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7491         pfn = start_pfn;
7492         while (pfn < end_pfn) {
7493                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7494                         pfn++;
7495                         continue;
7496                 }
7497                 page = pfn_to_page(pfn);
7498                 /*
7499                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7500                  * page_count() is not 0.
7501                  */
7502                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7503                         pfn++;
7504                         SetPageReserved(page);
7505                         continue;
7506                 }
7507
7508                 BUG_ON(page_count(page));
7509                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7510                 order = page_order(page);
7511 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7512                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7513                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7514 #endif
7515                 list_del(&page->lru);
7516                 rmv_page_order(page);
7517                 zone->free_area[order].nr_free--;
7518                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7519                         SetPageReserved((page+i));
7520                 pfn += (1 << order);
7521         }
7522         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7523 }
7524 #endif
7525
7526 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7527 {
7528         struct zone *zone = page_zone(page);
7529         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7530         unsigned long flags;
7531         unsigned int order;
7532
7533         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7534         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7535                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7536
7537                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7538                         break;
7539         }
7540         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7541
7542         return order < MAX_ORDER;
7543 }