Merge git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/herbert/crypto-2.6
[cascardo/linux.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page_ext.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67
68 #include <asm/sections.h>
69 #include <asm/tlbflush.h>
70 #include <asm/div64.h>
71 #include "internal.h"
72
73 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
74 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
75 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
76
77 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
78 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
79 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
80 #endif
81
82 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
83 /*
84  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
85  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
86  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
87  * defined in <linux/topology.h>.
88  */
89 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
90 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
91 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
92 #endif
93
94 /*
95  * Array of node states.
96  */
97 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
98         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
99         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
100 #ifndef CONFIG_NUMA
101         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
102 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
103         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
104 #endif
105 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
106         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
107 #endif
108         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
109 #endif  /* NUMA */
110 };
111 EXPORT_SYMBOL(node_states);
112
113 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
114 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
115
116 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
118 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
119
120 int percpu_pagelist_fraction;
121 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
122
123 /*
124  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
125  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
126  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
127  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
128  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
129  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
130  */
131 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
132 {
133         return page->index;
134 }
135
136 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
137 {
138         page->index = migratetype;
139 }
140
141 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
142 /*
143  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
144  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
145  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
146  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
147  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
148  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
149  */
150
151 static gfp_t saved_gfp_mask;
152
153 void pm_restore_gfp_mask(void)
154 {
155         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
156         if (saved_gfp_mask) {
157                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
158                 saved_gfp_mask = 0;
159         }
160 }
161
162 void pm_restrict_gfp_mask(void)
163 {
164         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
165         WARN_ON(saved_gfp_mask);
166         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
167         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
168 }
169
170 bool pm_suspended_storage(void)
171 {
172         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
173                 return false;
174         return true;
175 }
176 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
177
178 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
179 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
180 #endif
181
182 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
183
184 /*
185  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
186  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
187  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
188  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
189  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
190  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
191  *
192  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
193  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
194  */
195 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
196 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
197          256,
198 #endif
199 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
200          256,
201 #endif
202 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
203          32,
204 #endif
205          32,
206 };
207
208 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
209
210 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
211 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
212          "DMA",
213 #endif
214 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
215          "DMA32",
216 #endif
217          "Normal",
218 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
219          "HighMem",
220 #endif
221          "Movable",
222 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
223          "Device",
224 #endif
225 };
226
227 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
228         "Unmovable",
229         "Movable",
230         "Reclaimable",
231         "HighAtomic",
232 #ifdef CONFIG_CMA
233         "CMA",
234 #endif
235 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
236         "Isolate",
237 #endif
238 };
239
240 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
241         NULL,
242         free_compound_page,
243 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
244         free_huge_page,
245 #endif
246 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
247         free_transhuge_page,
248 #endif
249 };
250
251 int min_free_kbytes = 1024;
252 int user_min_free_kbytes = -1;
253 int watermark_scale_factor = 10;
254
255 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
256 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
257 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
258
259 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
260 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
261 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
262 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
263 static unsigned long __initdata required_movablecore;
264 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
265 static bool mirrored_kernelcore;
266
267 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
268 int movable_zone;
269 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
270 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
271
272 #if MAX_NUMNODES > 1
273 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
274 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
275 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
276 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
277 #endif
278
279 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
280
281 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
282 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
283 {
284         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
285 }
286
287 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
288 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
289 {
290         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
291
292         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
293                 return true;
294
295         return false;
296 }
297
298 /*
299  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
300  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
301  */
302 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
303                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
304                                 unsigned long *nr_initialised)
305 {
306         unsigned long max_initialise;
307
308         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
309         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
310                 return true;
311         /*
312          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
313          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
314          */
315         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
316                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
317
318         (*nr_initialised)++;
319         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
320             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
321                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
322                 return false;
323         }
324
325         return true;
326 }
327 #else
328 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
329 {
330 }
331
332 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
333 {
334         return false;
335 }
336
337 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
338                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
339                                 unsigned long *nr_initialised)
340 {
341         return true;
342 }
343 #endif
344
345 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
346 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
347                                                         unsigned long pfn)
348 {
349 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
350         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
351 #else
352         return page_zone(page)->pageblock_flags;
353 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
354 }
355
356 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
357 {
358 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
359         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
360         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
361 #else
362         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
363         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
364 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
365 }
366
367 /**
368  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
369  * @page: The page within the block of interest
370  * @pfn: The target page frame number
371  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
372  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
373  *
374  * Return: pageblock_bits flags
375  */
376 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
377                                         unsigned long pfn,
378                                         unsigned long end_bitidx,
379                                         unsigned long mask)
380 {
381         unsigned long *bitmap;
382         unsigned long bitidx, word_bitidx;
383         unsigned long word;
384
385         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
386         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
387         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
388         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
389
390         word = bitmap[word_bitidx];
391         bitidx += end_bitidx;
392         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
393 }
394
395 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
396                                         unsigned long end_bitidx,
397                                         unsigned long mask)
398 {
399         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
400 }
401
402 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
403 {
404         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
405 }
406
407 /**
408  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
409  * @page: The page within the block of interest
410  * @flags: The flags to set
411  * @pfn: The target page frame number
412  * @end_bitidx: The last bit of interest
413  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
414  */
415 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
416                                         unsigned long pfn,
417                                         unsigned long end_bitidx,
418                                         unsigned long mask)
419 {
420         unsigned long *bitmap;
421         unsigned long bitidx, word_bitidx;
422         unsigned long old_word, word;
423
424         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
425
426         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
427         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
428         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
429         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
430
431         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
432
433         bitidx += end_bitidx;
434         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
435         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
436
437         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
438         for (;;) {
439                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
440                 if (word == old_word)
441                         break;
442                 word = old_word;
443         }
444 }
445
446 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
447 {
448         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
449                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
450                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
451
452         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
453                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
454 }
455
456 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
457 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
458 {
459         int ret = 0;
460         unsigned seq;
461         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
462         unsigned long sp, start_pfn;
463
464         do {
465                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
466                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
467                 sp = zone->spanned_pages;
468                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
469                         ret = 1;
470         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
471
472         if (ret)
473                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
474                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
475                         start_pfn, start_pfn + sp);
476
477         return ret;
478 }
479
480 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
481 {
482         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
483                 return 0;
484         if (zone != page_zone(page))
485                 return 0;
486
487         return 1;
488 }
489 /*
490  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
491  */
492 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
493 {
494         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
495                 return 1;
496         if (!page_is_consistent(zone, page))
497                 return 1;
498
499         return 0;
500 }
501 #else
502 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
503 {
504         return 0;
505 }
506 #endif
507
508 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
509                 unsigned long bad_flags)
510 {
511         static unsigned long resume;
512         static unsigned long nr_shown;
513         static unsigned long nr_unshown;
514
515         /*
516          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
517          * or allow a steady drip of one report per second.
518          */
519         if (nr_shown == 60) {
520                 if (time_before(jiffies, resume)) {
521                         nr_unshown++;
522                         goto out;
523                 }
524                 if (nr_unshown) {
525                         pr_alert(
526                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
527                                 nr_unshown);
528                         nr_unshown = 0;
529                 }
530                 nr_shown = 0;
531         }
532         if (nr_shown++ == 0)
533                 resume = jiffies + 60 * HZ;
534
535         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
536                 current->comm, page_to_pfn(page));
537         __dump_page(page, reason);
538         bad_flags &= page->flags;
539         if (bad_flags)
540                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
541                                                 bad_flags, &bad_flags);
542         dump_page_owner(page);
543
544         print_modules();
545         dump_stack();
546 out:
547         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
548         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
549         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
550 }
551
552 /*
553  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
554  *
555  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
556  *
557  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
558  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
559  *
560  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
561  * page destructors. See compound_page_dtors.
562  *
563  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
564  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
565  */
566
567 void free_compound_page(struct page *page)
568 {
569         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
570 }
571
572 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
573 {
574         int i;
575         int nr_pages = 1 << order;
576
577         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
578         set_compound_order(page, order);
579         __SetPageHead(page);
580         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
581                 struct page *p = page + i;
582                 set_page_count(p, 0);
583                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
584                 set_compound_head(p, page);
585         }
586         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
587 }
588
589 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
590 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
591 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
592                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
593 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
594 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
595
596 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
597 {
598         if (!buf)
599                 return -EINVAL;
600         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
601 }
602 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
603
604 static bool need_debug_guardpage(void)
605 {
606         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
607         if (!debug_pagealloc_enabled())
608                 return false;
609
610         return true;
611 }
612
613 static void init_debug_guardpage(void)
614 {
615         if (!debug_pagealloc_enabled())
616                 return;
617
618         _debug_guardpage_enabled = true;
619 }
620
621 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
622         .need = need_debug_guardpage,
623         .init = init_debug_guardpage,
624 };
625
626 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
627 {
628         unsigned long res;
629
630         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
631                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
632                 return 0;
633         }
634         _debug_guardpage_minorder = res;
635         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
636         return 0;
637 }
638 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
639
640 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
641                                 unsigned int order, int migratetype)
642 {
643         struct page_ext *page_ext;
644
645         if (!debug_guardpage_enabled())
646                 return;
647
648         page_ext = lookup_page_ext(page);
649         if (unlikely(!page_ext))
650                 return;
651
652         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
653
654         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
655         set_page_private(page, order);
656         /* Guard pages are not available for any usage */
657         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
658 }
659
660 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
661                                 unsigned int order, int migratetype)
662 {
663         struct page_ext *page_ext;
664
665         if (!debug_guardpage_enabled())
666                 return;
667
668         page_ext = lookup_page_ext(page);
669         if (unlikely(!page_ext))
670                 return;
671
672         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
673
674         set_page_private(page, 0);
675         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
676                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
677 }
678 #else
679 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
680 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
681                                 unsigned int order, int migratetype) {}
682 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
683                                 unsigned int order, int migratetype) {}
684 #endif
685
686 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
687 {
688         set_page_private(page, order);
689         __SetPageBuddy(page);
690 }
691
692 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
693 {
694         __ClearPageBuddy(page);
695         set_page_private(page, 0);
696 }
697
698 /*
699  * This function checks whether a page is free && is the buddy
700  * we can do coalesce a page and its buddy if
701  * (a) the buddy is not in a hole &&
702  * (b) the buddy is in the buddy system &&
703  * (c) a page and its buddy have the same order &&
704  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
705  *
706  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
707  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
708  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
709  * serialized by zone->lock.
710  *
711  * For recording page's order, we use page_private(page).
712  */
713 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
714                                                         unsigned int order)
715 {
716         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
717                 return 0;
718
719         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
720                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
721                         return 0;
722
723                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
724
725                 return 1;
726         }
727
728         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
729                 /*
730                  * zone check is done late to avoid uselessly
731                  * calculating zone/node ids for pages that could
732                  * never merge.
733                  */
734                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
735                         return 0;
736
737                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
738
739                 return 1;
740         }
741         return 0;
742 }
743
744 /*
745  * Freeing function for a buddy system allocator.
746  *
747  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
748  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
749  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
750  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
751  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
752  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
753  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
754  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
755  * parts of the VM system.
756  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
757  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
758  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
759  * field.
760  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
761  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
762  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
763  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
764  * triggers coalescing into a block of larger size.
765  *
766  * -- nyc
767  */
768
769 static inline void __free_one_page(struct page *page,
770                 unsigned long pfn,
771                 struct zone *zone, unsigned int order,
772                 int migratetype)
773 {
774         unsigned long page_idx;
775         unsigned long combined_idx;
776         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
777         struct page *buddy;
778         unsigned int max_order;
779
780         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
781
782         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
783         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
784
785         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
786         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
787                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
788
789         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
790
791         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
792         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
793
794 continue_merging:
795         while (order < max_order - 1) {
796                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
797                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
798                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
799                         goto done_merging;
800                 /*
801                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
802                  * merge with it and move up one order.
803                  */
804                 if (page_is_guard(buddy)) {
805                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
806                 } else {
807                         list_del(&buddy->lru);
808                         zone->free_area[order].nr_free--;
809                         rmv_page_order(buddy);
810                 }
811                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
812                 page = page + (combined_idx - page_idx);
813                 page_idx = combined_idx;
814                 order++;
815         }
816         if (max_order < MAX_ORDER) {
817                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
818                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
819                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
820                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
821                  *
822                  * We don't want to hit this code for the more frequent
823                  * low-order merging.
824                  */
825                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
826                         int buddy_mt;
827
828                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
829                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
830                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
831
832                         if (migratetype != buddy_mt
833                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
834                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
835                                 goto done_merging;
836                 }
837                 max_order++;
838                 goto continue_merging;
839         }
840
841 done_merging:
842         set_page_order(page, order);
843
844         /*
845          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
846          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
847          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
848          * that is happening, add the free page to the tail of the list
849          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
850          * as a higher order page
851          */
852         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
853                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
854                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
855                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
856                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
857                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
858                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
859                         list_add_tail(&page->lru,
860                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
861                         goto out;
862                 }
863         }
864
865         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
866 out:
867         zone->free_area[order].nr_free++;
868 }
869
870 /*
871  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
872  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
873  * check if necessary.
874  */
875 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
876                                         unsigned long check_flags)
877 {
878         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
879                 return false;
880
881         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
882                         page_ref_count(page) |
883 #ifdef CONFIG_MEMCG
884                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
885 #endif
886                         (page->flags & check_flags)))
887                 return false;
888
889         return true;
890 }
891
892 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
893 {
894         const char *bad_reason;
895         unsigned long bad_flags;
896
897         bad_reason = NULL;
898         bad_flags = 0;
899
900         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
901                 bad_reason = "nonzero mapcount";
902         if (unlikely(page->mapping != NULL))
903                 bad_reason = "non-NULL mapping";
904         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
905                 bad_reason = "nonzero _refcount";
906         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
907                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
908                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
909         }
910 #ifdef CONFIG_MEMCG
911         if (unlikely(page->mem_cgroup))
912                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
913 #endif
914         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
915 }
916
917 static inline int free_pages_check(struct page *page)
918 {
919         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
920                 return 0;
921
922         /* Something has gone sideways, find it */
923         free_pages_check_bad(page);
924         return 1;
925 }
926
927 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
928 {
929         int ret = 1;
930
931         /*
932          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
933          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
934          */
935         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
936
937         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
938                 ret = 0;
939                 goto out;
940         }
941         switch (page - head_page) {
942         case 1:
943                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
944                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
945                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
946                         goto out;
947                 }
948                 break;
949         case 2:
950                 /*
951                  * the second tail page: ->mapping is
952                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
953                  */
954                 break;
955         default:
956                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
957                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
958                         goto out;
959                 }
960                 break;
961         }
962         if (unlikely(!PageTail(page))) {
963                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
964                 goto out;
965         }
966         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
967                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
968                 goto out;
969         }
970         ret = 0;
971 out:
972         page->mapping = NULL;
973         clear_compound_head(page);
974         return ret;
975 }
976
977 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
978                                         unsigned int order, bool check_free)
979 {
980         int bad = 0;
981
982         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
983
984         trace_mm_page_free(page, order);
985         kmemcheck_free_shadow(page, order);
986
987         /*
988          * Check tail pages before head page information is cleared to
989          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
990          */
991         if (unlikely(order)) {
992                 bool compound = PageCompound(page);
993                 int i;
994
995                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
996
997                 if (compound)
998                         ClearPageDoubleMap(page);
999                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1000                         if (compound)
1001                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1002                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1003                                 bad++;
1004                                 continue;
1005                         }
1006                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1007                 }
1008         }
1009         if (PageMappingFlags(page))
1010                 page->mapping = NULL;
1011         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page)) {
1012                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1013                 __ClearPageKmemcg(page);
1014         }
1015         if (check_free)
1016                 bad += free_pages_check(page);
1017         if (bad)
1018                 return false;
1019
1020         page_cpupid_reset_last(page);
1021         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1022         reset_page_owner(page, order);
1023
1024         if (!PageHighMem(page)) {
1025                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1026                                            PAGE_SIZE << order);
1027                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1028                                            PAGE_SIZE << order);
1029         }
1030         arch_free_page(page, order);
1031         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1032         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1033         kasan_free_pages(page, order);
1034
1035         return true;
1036 }
1037
1038 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1039 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1040 {
1041         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1042 }
1043
1044 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1045 {
1046         return false;
1047 }
1048 #else
1049 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1050 {
1051         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1052 }
1053
1054 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1055 {
1056         return free_pages_check(page);
1057 }
1058 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1059
1060 /*
1061  * Frees a number of pages from the PCP lists
1062  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1063  * count is the number of pages to free.
1064  *
1065  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1066  * see if this freeing clears that state.
1067  *
1068  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1069  * pinned" detection logic.
1070  */
1071 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1072                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1073 {
1074         int migratetype = 0;
1075         int batch_free = 0;
1076         unsigned long nr_scanned;
1077         bool isolated_pageblocks;
1078
1079         spin_lock(&zone->lock);
1080         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1081         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1082         if (nr_scanned)
1083                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1084
1085         while (count) {
1086                 struct page *page;
1087                 struct list_head *list;
1088
1089                 /*
1090                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1091                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1092                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1093                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1094                  * lists
1095                  */
1096                 do {
1097                         batch_free++;
1098                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1099                                 migratetype = 0;
1100                         list = &pcp->lists[migratetype];
1101                 } while (list_empty(list));
1102
1103                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1104                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1105                         batch_free = count;
1106
1107                 do {
1108                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1109
1110                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1111                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1112                         list_del(&page->lru);
1113
1114                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1115                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1116                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1117                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1118                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1119                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1120
1121                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1122                                 continue;
1123
1124                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1125                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1126                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1127         }
1128         spin_unlock(&zone->lock);
1129 }
1130
1131 static void free_one_page(struct zone *zone,
1132                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1133                                 unsigned int order,
1134                                 int migratetype)
1135 {
1136         unsigned long nr_scanned;
1137         spin_lock(&zone->lock);
1138         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1139         if (nr_scanned)
1140                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1141
1142         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1143                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1144                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1145         }
1146         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1147         spin_unlock(&zone->lock);
1148 }
1149
1150 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1151                                 unsigned long zone, int nid)
1152 {
1153         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1154         init_page_count(page);
1155         page_mapcount_reset(page);
1156         page_cpupid_reset_last(page);
1157
1158         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1159 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1160         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1161         if (!is_highmem_idx(zone))
1162                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1163 #endif
1164 }
1165
1166 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1167                                         int nid)
1168 {
1169         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1170 }
1171
1172 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1173 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1174 {
1175         pg_data_t *pgdat;
1176         int nid, zid;
1177
1178         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1179                 return;
1180
1181         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1182         pgdat = NODE_DATA(nid);
1183
1184         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1185                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1186
1187                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1188                         break;
1189         }
1190         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1191 }
1192 #else
1193 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1194 {
1195 }
1196 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1197
1198 /*
1199  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1200  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1201  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1202  * sent to the buddy page allocator.
1203  */
1204 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1205 {
1206         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1207         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1208
1209         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1210                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1211                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1212
1213                         init_reserved_page(start_pfn);
1214
1215                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1216                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1217
1218                         SetPageReserved(page);
1219                 }
1220         }
1221 }
1222
1223 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1224 {
1225         unsigned long flags;
1226         int migratetype;
1227         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1228
1229         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1230                 return;
1231
1232         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1233         local_irq_save(flags);
1234         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1235         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1236         local_irq_restore(flags);
1237 }
1238
1239 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1240 {
1241         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1242         struct page *p = page;
1243         unsigned int loop;
1244
1245         prefetchw(p);
1246         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1247                 prefetchw(p + 1);
1248                 __ClearPageReserved(p);
1249                 set_page_count(p, 0);
1250         }
1251         __ClearPageReserved(p);
1252         set_page_count(p, 0);
1253
1254         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1255         set_page_refcounted(page);
1256         __free_pages(page, order);
1257 }
1258
1259 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1260         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1261
1262 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1263
1264 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1265 {
1266         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1267         int nid;
1268
1269         spin_lock(&early_pfn_lock);
1270         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1271         if (nid < 0)
1272                 nid = first_online_node;
1273         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1274
1275         return nid;
1276 }
1277 #endif
1278
1279 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1280 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1281                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1282 {
1283         int nid;
1284
1285         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1286         if (nid >= 0 && nid != node)
1287                 return false;
1288         return true;
1289 }
1290
1291 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1292 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1293 {
1294         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1295 }
1296
1297 #else
1298
1299 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1300 {
1301         return true;
1302 }
1303 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1304                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1305 {
1306         return true;
1307 }
1308 #endif
1309
1310
1311 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1312                                                         unsigned int order)
1313 {
1314         if (early_page_uninitialised(pfn))
1315                 return;
1316         return __free_pages_boot_core(page, order);
1317 }
1318
1319 /*
1320  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1321  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1322  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1323  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1324  * pageblocks.
1325  *
1326  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1327  *
1328  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1329  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1330  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1331  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1332  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1333  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1334  * page in a pageblock.
1335  */
1336 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1337                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1338 {
1339         struct page *start_page;
1340         struct page *end_page;
1341
1342         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1343         end_pfn--;
1344
1345         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1346                 return NULL;
1347
1348         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1349
1350         if (page_zone(start_page) != zone)
1351                 return NULL;
1352
1353         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1354
1355         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1356         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1357                 return NULL;
1358
1359         return start_page;
1360 }
1361
1362 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1363 {
1364         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1365         unsigned long block_end_pfn;
1366
1367         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1368         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1369                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1370                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1371
1372                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1373
1374                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1375                                              block_end_pfn, zone))
1376                         return;
1377         }
1378
1379         /* We confirm that there is no hole */
1380         zone->contiguous = true;
1381 }
1382
1383 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1384 {
1385         zone->contiguous = false;
1386 }
1387
1388 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1389 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1390                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1391 {
1392         int i;
1393
1394         if (!page)
1395                 return;
1396
1397         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1398         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1399             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1400                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1401                 __free_pages_boot_core(page, MAX_ORDER-1);
1402                 return;
1403         }
1404
1405         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++)
1406                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1407 }
1408
1409 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1410 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1411 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1412
1413 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1414 {
1415         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1416                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1417 }
1418
1419 /* Initialise remaining memory on a node */
1420 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1421 {
1422         pg_data_t *pgdat = data;
1423         int nid = pgdat->node_id;
1424         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1425         unsigned long start = jiffies;
1426         unsigned long nr_pages = 0;
1427         unsigned long walk_start, walk_end;
1428         int i, zid;
1429         struct zone *zone;
1430         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1431         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1432
1433         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1434                 pgdat_init_report_one_done();
1435                 return 0;
1436         }
1437
1438         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1439         if (!cpumask_empty(cpumask))
1440                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1441
1442         /* Sanity check boundaries */
1443         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1444         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1445         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1446
1447         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1448         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1449                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1450                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1451                         break;
1452         }
1453
1454         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1455                 unsigned long pfn, end_pfn;
1456                 struct page *page = NULL;
1457                 struct page *free_base_page = NULL;
1458                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1459                 int nr_to_free = 0;
1460
1461                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1462                 pfn = first_init_pfn;
1463                 if (pfn < walk_start)
1464                         pfn = walk_start;
1465                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1466                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1467
1468                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1469                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1470                                 goto free_range;
1471
1472                         /*
1473                          * Ensure pfn_valid is checked every
1474                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1475                          */
1476                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1477                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1478                                         page = NULL;
1479                                         goto free_range;
1480                                 }
1481                         }
1482
1483                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1484                                 page = NULL;
1485                                 goto free_range;
1486                         }
1487
1488                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1489                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1490                                 page++;
1491                         } else {
1492                                 nr_pages += nr_to_free;
1493                                 deferred_free_range(free_base_page,
1494                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1495                                 free_base_page = NULL;
1496                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1497
1498                                 page = pfn_to_page(pfn);
1499                                 cond_resched();
1500                         }
1501
1502                         if (page->flags) {
1503                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1504                                 goto free_range;
1505                         }
1506
1507                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1508                         if (!free_base_page) {
1509                                 free_base_page = page;
1510                                 free_base_pfn = pfn;
1511                                 nr_to_free = 0;
1512                         }
1513                         nr_to_free++;
1514
1515                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1516                         continue;
1517 free_range:
1518                         /* Free the current block of pages to allocator */
1519                         nr_pages += nr_to_free;
1520                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1521                                                                 nr_to_free);
1522                         free_base_page = NULL;
1523                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1524                 }
1525
1526                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1527         }
1528
1529         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1530         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1531
1532         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1533                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1534
1535         pgdat_init_report_one_done();
1536         return 0;
1537 }
1538 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1539
1540 void __init page_alloc_init_late(void)
1541 {
1542         struct zone *zone;
1543
1544 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1545         int nid;
1546
1547         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1548         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1549         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1550                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1551         }
1552
1553         /* Block until all are initialised */
1554         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1555
1556         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1557         files_maxfiles_init();
1558 #endif
1559
1560         for_each_populated_zone(zone)
1561                 set_zone_contiguous(zone);
1562 }
1563
1564 #ifdef CONFIG_CMA
1565 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1566 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1567 {
1568         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1569         struct page *p = page;
1570
1571         do {
1572                 __ClearPageReserved(p);
1573                 set_page_count(p, 0);
1574         } while (++p, --i);
1575
1576         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1577
1578         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1579                 i = pageblock_nr_pages;
1580                 p = page;
1581                 do {
1582                         set_page_refcounted(p);
1583                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1584                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1585                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1586         } else {
1587                 set_page_refcounted(page);
1588                 __free_pages(page, pageblock_order);
1589         }
1590
1591         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1592 }
1593 #endif
1594
1595 /*
1596  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1597  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1598  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1599  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1600  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1601  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1602  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1603  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1604  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1605  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1606  *
1607  * -- nyc
1608  */
1609 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1610         int low, int high, struct free_area *area,
1611         int migratetype)
1612 {
1613         unsigned long size = 1 << high;
1614
1615         while (high > low) {
1616                 area--;
1617                 high--;
1618                 size >>= 1;
1619                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1620
1621                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1622                         debug_guardpage_enabled() &&
1623                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1624                         /*
1625                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1626                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1627                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1628                          * pages will stay not present in virtual address space
1629                          */
1630                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1631                         continue;
1632                 }
1633                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1634                 area->nr_free++;
1635                 set_page_order(&page[size], high);
1636         }
1637 }
1638
1639 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1640 {
1641         const char *bad_reason = NULL;
1642         unsigned long bad_flags = 0;
1643
1644         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1645                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1646         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1647                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1648         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1649                 bad_reason = "nonzero _count";
1650         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1651                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1652                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1653                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1654                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1655                 return;
1656         }
1657         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1658                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1659                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1660         }
1661 #ifdef CONFIG_MEMCG
1662         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1663                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1664 #endif
1665         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1666 }
1667
1668 /*
1669  * This page is about to be returned from the page allocator
1670  */
1671 static inline int check_new_page(struct page *page)
1672 {
1673         if (likely(page_expected_state(page,
1674                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1675                 return 0;
1676
1677         check_new_page_bad(page);
1678         return 1;
1679 }
1680
1681 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1682 {
1683         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1684                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1685 }
1686
1687 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1688 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1689 {
1690         return false;
1691 }
1692
1693 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1694 {
1695         return check_new_page(page);
1696 }
1697 #else
1698 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1699 {
1700         return check_new_page(page);
1701 }
1702 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1703 {
1704         return false;
1705 }
1706 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1707
1708 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1709 {
1710         int i;
1711         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1712                 struct page *p = page + i;
1713
1714                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1715                         return true;
1716         }
1717
1718         return false;
1719 }
1720
1721 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1722                                 gfp_t gfp_flags)
1723 {
1724         set_page_private(page, 0);
1725         set_page_refcounted(page);
1726
1727         arch_alloc_page(page, order);
1728         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1729         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1730         kasan_alloc_pages(page, order);
1731         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1732 }
1733
1734 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1735                                                         unsigned int alloc_flags)
1736 {
1737         int i;
1738         bool poisoned = true;
1739
1740         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1741                 struct page *p = page + i;
1742                 if (poisoned)
1743                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1744         }
1745
1746         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1747
1748         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1749                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1750                         clear_highpage(page + i);
1751
1752         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1753                 prep_compound_page(page, order);
1754
1755         /*
1756          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1757          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1758          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1759          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1760          */
1761         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1762                 set_page_pfmemalloc(page);
1763         else
1764                 clear_page_pfmemalloc(page);
1765 }
1766
1767 /*
1768  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1769  * the smallest available page from the freelists
1770  */
1771 static inline
1772 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1773                                                 int migratetype)
1774 {
1775         unsigned int current_order;
1776         struct free_area *area;
1777         struct page *page;
1778
1779         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1780         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1781                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1782                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1783                                                         struct page, lru);
1784                 if (!page)
1785                         continue;
1786                 list_del(&page->lru);
1787                 rmv_page_order(page);
1788                 area->nr_free--;
1789                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1790                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1791                 return page;
1792         }
1793
1794         return NULL;
1795 }
1796
1797
1798 /*
1799  * This array describes the order lists are fallen back to when
1800  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1801  */
1802 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1803         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1804         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1805         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1806 #ifdef CONFIG_CMA
1807         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1808 #endif
1809 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1810         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1811 #endif
1812 };
1813
1814 #ifdef CONFIG_CMA
1815 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1816                                         unsigned int order)
1817 {
1818         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1819 }
1820 #else
1821 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1822                                         unsigned int order) { return NULL; }
1823 #endif
1824
1825 /*
1826  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1827  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1828  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1829  */
1830 int move_freepages(struct zone *zone,
1831                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1832                           int migratetype)
1833 {
1834         struct page *page;
1835         unsigned int order;
1836         int pages_moved = 0;
1837
1838 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1839         /*
1840          * page_zone is not safe to call in this context when
1841          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1842          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1843          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1844          * grouping pages by mobility
1845          */
1846         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1847 #endif
1848
1849         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1850                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1851                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1852
1853                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1854                         page++;
1855                         continue;
1856                 }
1857
1858                 if (!PageBuddy(page)) {
1859                         page++;
1860                         continue;
1861                 }
1862
1863                 order = page_order(page);
1864                 list_move(&page->lru,
1865                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1866                 page += 1 << order;
1867                 pages_moved += 1 << order;
1868         }
1869
1870         return pages_moved;
1871 }
1872
1873 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1874                                 int migratetype)
1875 {
1876         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1877         struct page *start_page, *end_page;
1878
1879         start_pfn = page_to_pfn(page);
1880         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1881         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1882         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1883         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1884
1885         /* Do not cross zone boundaries */
1886         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1887                 start_page = page;
1888         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1889                 return 0;
1890
1891         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1892 }
1893
1894 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1895                                         int start_order, int migratetype)
1896 {
1897         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1898
1899         while (nr_pageblocks--) {
1900                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1901                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1902         }
1903 }
1904
1905 /*
1906  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1907  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1908  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1909  *
1910  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1911  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1912  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1913  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1914  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1915  * pageblocks.
1916  */
1917 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1918 {
1919         /*
1920          * Leaving this order check is intended, although there is
1921          * relaxed order check in next check. The reason is that
1922          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1923          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1924          * so could be changed anytime.
1925          */
1926         if (order >= pageblock_order)
1927                 return true;
1928
1929         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1930                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1931                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1932                 page_group_by_mobility_disabled)
1933                 return true;
1934
1935         return false;
1936 }
1937
1938 /*
1939  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1940  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1941  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1942  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1943  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1944  */
1945 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1946                                                           int start_type)
1947 {
1948         unsigned int current_order = page_order(page);
1949         int pages;
1950
1951         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1952         if (current_order >= pageblock_order) {
1953                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1954                 return;
1955         }
1956
1957         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1958
1959         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1960         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1961                         page_group_by_mobility_disabled)
1962                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1963 }
1964
1965 /*
1966  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1967  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1968  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1969  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1970  */
1971 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1972                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1973 {
1974         int i;
1975         int fallback_mt;
1976
1977         if (area->nr_free == 0)
1978                 return -1;
1979
1980         *can_steal = false;
1981         for (i = 0;; i++) {
1982                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1983                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1984                         break;
1985
1986                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1987                         continue;
1988
1989                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1990                         *can_steal = true;
1991
1992                 if (!only_stealable)
1993                         return fallback_mt;
1994
1995                 if (*can_steal)
1996                         return fallback_mt;
1997         }
1998
1999         return -1;
2000 }
2001
2002 /*
2003  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2004  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2005  */
2006 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2007                                 unsigned int alloc_order)
2008 {
2009         int mt;
2010         unsigned long max_managed, flags;
2011
2012         /*
2013          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2014          * Check is race-prone but harmless.
2015          */
2016         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2017         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2018                 return;
2019
2020         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2021
2022         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2023         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2024                 goto out_unlock;
2025
2026         /* Yoink! */
2027         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2028         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2029                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2030                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2031                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2032                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2033         }
2034
2035 out_unlock:
2036         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2037 }
2038
2039 /*
2040  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2041  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2042  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2043  * to recover from than an OOM.
2044  */
2045 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
2046 {
2047         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2048         unsigned long flags;
2049         struct zoneref *z;
2050         struct zone *zone;
2051         struct page *page;
2052         int order;
2053
2054         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2055                                                                 ac->nodemask) {
2056                 /* Preserve at least one pageblock */
2057                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
2058                         continue;
2059
2060                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2061                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2062                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2063
2064                         page = list_first_entry_or_null(
2065                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2066                                         struct page, lru);
2067                         if (!page)
2068                                 continue;
2069
2070                         /*
2071                          * It should never happen but changes to locking could
2072                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
2073                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
2074                          * and watch for underflows.
2075                          */
2076                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
2077                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2078
2079                         /*
2080                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2081                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2082                          * is doing the work and needs the pages. More
2083                          * importantly, if the block was always converted to
2084                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2085                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2086                          * may increase.
2087                          */
2088                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2089                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2090                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2091                         return;
2092                 }
2093                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2094         }
2095 }
2096
2097 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2098 static inline struct page *
2099 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2100 {
2101         struct free_area *area;
2102         unsigned int current_order;
2103         struct page *page;
2104         int fallback_mt;
2105         bool can_steal;
2106
2107         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2108         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2109                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2110                                 --current_order) {
2111                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2112                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2113                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2114                 if (fallback_mt == -1)
2115                         continue;
2116
2117                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2118                                                 struct page, lru);
2119                 if (can_steal)
2120                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2121
2122                 /* Remove the page from the freelists */
2123                 area->nr_free--;
2124                 list_del(&page->lru);
2125                 rmv_page_order(page);
2126
2127                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2128                                         start_migratetype);
2129                 /*
2130                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2131                  * migratetype depending on the decisions in
2132                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2133                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2134                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2135                  */
2136                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2137
2138                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2139                         start_migratetype, fallback_mt);
2140
2141                 return page;
2142         }
2143
2144         return NULL;
2145 }
2146
2147 /*
2148  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2149  * Call me with the zone->lock already held.
2150  */
2151 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2152                                 int migratetype)
2153 {
2154         struct page *page;
2155
2156         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2157         if (unlikely(!page)) {
2158                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2159                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2160
2161                 if (!page)
2162                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2163         }
2164
2165         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2166         return page;
2167 }
2168
2169 /*
2170  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2171  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2172  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2173  */
2174 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2175                         unsigned long count, struct list_head *list,
2176                         int migratetype, bool cold)
2177 {
2178         int i;
2179
2180         spin_lock(&zone->lock);
2181         for (i = 0; i < count; ++i) {
2182                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2183                 if (unlikely(page == NULL))
2184                         break;
2185
2186                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2187                         continue;
2188
2189                 /*
2190                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2191                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2192                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2193                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2194                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2195                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2196                  * properly.
2197                  */
2198                 if (likely(!cold))
2199                         list_add(&page->lru, list);
2200                 else
2201                         list_add_tail(&page->lru, list);
2202                 list = &page->lru;
2203                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2204                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2205                                               -(1 << order));
2206         }
2207         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2208         spin_unlock(&zone->lock);
2209         return i;
2210 }
2211
2212 #ifdef CONFIG_NUMA
2213 /*
2214  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2215  * currently executing processor on remote nodes after they have
2216  * expired.
2217  *
2218  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2219  * a single processor.
2220  */
2221 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2222 {
2223         unsigned long flags;
2224         int to_drain, batch;
2225
2226         local_irq_save(flags);
2227         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2228         to_drain = min(pcp->count, batch);
2229         if (to_drain > 0) {
2230                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2231                 pcp->count -= to_drain;
2232         }
2233         local_irq_restore(flags);
2234 }
2235 #endif
2236
2237 /*
2238  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2239  *
2240  * The processor must either be the current processor and the
2241  * thread pinned to the current processor or a processor that
2242  * is not online.
2243  */
2244 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2245 {
2246         unsigned long flags;
2247         struct per_cpu_pageset *pset;
2248         struct per_cpu_pages *pcp;
2249
2250         local_irq_save(flags);
2251         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2252
2253         pcp = &pset->pcp;
2254         if (pcp->count) {
2255                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2256                 pcp->count = 0;
2257         }
2258         local_irq_restore(flags);
2259 }
2260
2261 /*
2262  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2263  *
2264  * The processor must either be the current processor and the
2265  * thread pinned to the current processor or a processor that
2266  * is not online.
2267  */
2268 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2269 {
2270         struct zone *zone;
2271
2272         for_each_populated_zone(zone) {
2273                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2274         }
2275 }
2276
2277 /*
2278  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2279  *
2280  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2281  * the single zone's pages.
2282  */
2283 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2284 {
2285         int cpu = smp_processor_id();
2286
2287         if (zone)
2288                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2289         else
2290                 drain_pages(cpu);
2291 }
2292
2293 /*
2294  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2295  *
2296  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2297  *
2298  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2299  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2300  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2301  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2302  * before the call to on_each_cpu_mask().
2303  */
2304 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2305 {
2306         int cpu;
2307
2308         /*
2309          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2310          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2311          */
2312         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2313
2314         /*
2315          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2316          * as offline notification will cause the notified
2317          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2318          * disables preemption as part of its processing
2319          */
2320         for_each_online_cpu(cpu) {
2321                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2322                 struct zone *z;
2323                 bool has_pcps = false;
2324
2325                 if (zone) {
2326                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2327                         if (pcp->pcp.count)
2328                                 has_pcps = true;
2329                 } else {
2330                         for_each_populated_zone(z) {
2331                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2332                                 if (pcp->pcp.count) {
2333                                         has_pcps = true;
2334                                         break;
2335                                 }
2336                         }
2337                 }
2338
2339                 if (has_pcps)
2340                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2341                 else
2342                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2343         }
2344         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2345                                                                 zone, 1);
2346 }
2347
2348 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2349
2350 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2351 {
2352         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2353         unsigned long flags;
2354         unsigned int order, t;
2355         struct page *page;
2356
2357         if (zone_is_empty(zone))
2358                 return;
2359
2360         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2361
2362         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2363         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2364                 if (pfn_valid(pfn)) {
2365                         page = pfn_to_page(pfn);
2366
2367                         if (page_zone(page) != zone)
2368                                 continue;
2369
2370                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2371                                 swsusp_unset_page_free(page);
2372                 }
2373
2374         for_each_migratetype_order(order, t) {
2375                 list_for_each_entry(page,
2376                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2377                         unsigned long i;
2378
2379                         pfn = page_to_pfn(page);
2380                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2381                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2382                 }
2383         }
2384         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2385 }
2386 #endif /* CONFIG_PM */
2387
2388 /*
2389  * Free a 0-order page
2390  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2391  */
2392 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2393 {
2394         struct zone *zone = page_zone(page);
2395         struct per_cpu_pages *pcp;
2396         unsigned long flags;
2397         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2398         int migratetype;
2399
2400         if (!free_pcp_prepare(page))
2401                 return;
2402
2403         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2404         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2405         local_irq_save(flags);
2406         __count_vm_event(PGFREE);
2407
2408         /*
2409          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2410          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2411          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2412          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2413          * excessively into the page allocator
2414          */
2415         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2416                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2417                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2418                         goto out;
2419                 }
2420                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2421         }
2422
2423         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2424         if (!cold)
2425                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2426         else
2427                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2428         pcp->count++;
2429         if (pcp->count >= pcp->high) {
2430                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2431                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2432                 pcp->count -= batch;
2433         }
2434
2435 out:
2436         local_irq_restore(flags);
2437 }
2438
2439 /*
2440  * Free a list of 0-order pages
2441  */
2442 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2443 {
2444         struct page *page, *next;
2445
2446         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2447                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2448                 free_hot_cold_page(page, cold);
2449         }
2450 }
2451
2452 /*
2453  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2454  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2455  * Each sub-page must be freed individually.
2456  *
2457  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2458  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2459  */
2460 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2461 {
2462         int i;
2463
2464         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2465         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2466
2467 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2468         /*
2469          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2470          * otherwise free the whole shadow.
2471          */
2472         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2473                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2474 #endif
2475
2476         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2477                 set_page_refcounted(page + i);
2478         split_page_owner(page, order);
2479 }
2480 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2481
2482 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2483 {
2484         unsigned long watermark;
2485         struct zone *zone;
2486         int mt;
2487
2488         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2489
2490         zone = page_zone(page);
2491         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2492
2493         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2494                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2495                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2496                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2497                         return 0;
2498
2499                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2500         }
2501
2502         /* Remove page from free list */
2503         list_del(&page->lru);
2504         zone->free_area[order].nr_free--;
2505         rmv_page_order(page);
2506
2507         /*
2508          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2509          * pageblock
2510          */
2511         if (order >= pageblock_order - 1) {
2512                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2513                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2514                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2515                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2516                                 set_pageblock_migratetype(page,
2517                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2518                 }
2519         }
2520
2521
2522         return 1UL << order;
2523 }
2524
2525 /*
2526  * Update NUMA hit/miss statistics
2527  *
2528  * Must be called with interrupts disabled.
2529  *
2530  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2531  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2532  * memory on behalf of other processes.
2533  */
2534 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2535                                                                 gfp_t flags)
2536 {
2537 #ifdef CONFIG_NUMA
2538         int local_nid = numa_node_id();
2539         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2540
2541         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2542                 local_stat = NUMA_OTHER;
2543                 local_nid = preferred_zone->node;
2544         }
2545
2546         if (z->node == local_nid) {
2547                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2548                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2549         } else {
2550                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2551                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2552         }
2553 #endif
2554 }
2555
2556 /*
2557  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2558  */
2559 static inline
2560 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2561                         struct zone *zone, unsigned int order,
2562                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2563                         int migratetype)
2564 {
2565         unsigned long flags;
2566         struct page *page;
2567         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2568
2569         if (likely(order == 0)) {
2570                 struct per_cpu_pages *pcp;
2571                 struct list_head *list;
2572
2573                 local_irq_save(flags);
2574                 do {
2575                         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2576                         list = &pcp->lists[migratetype];
2577                         if (list_empty(list)) {
2578                                 pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2579                                                 pcp->batch, list,
2580                                                 migratetype, cold);
2581                                 if (unlikely(list_empty(list)))
2582                                         goto failed;
2583                         }
2584
2585                         if (cold)
2586                                 page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2587                         else
2588                                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2589
2590                         list_del(&page->lru);
2591                         pcp->count--;
2592
2593                 } while (check_new_pcp(page));
2594         } else {
2595                 /*
2596                  * We most definitely don't want callers attempting to
2597                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2598                  */
2599                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2600                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2601
2602                 do {
2603                         page = NULL;
2604                         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2605                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2606                                 if (page)
2607                                         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2608                         }
2609                         if (!page)
2610                                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2611                 } while (page && check_new_pages(page, order));
2612                 spin_unlock(&zone->lock);
2613                 if (!page)
2614                         goto failed;
2615                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2616                                           get_pcppage_migratetype(page));
2617         }
2618
2619         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2620         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2621         local_irq_restore(flags);
2622
2623         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2624         return page;
2625
2626 failed:
2627         local_irq_restore(flags);
2628         return NULL;
2629 }
2630
2631 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2632
2633 static struct {
2634         struct fault_attr attr;
2635
2636         bool ignore_gfp_highmem;
2637         bool ignore_gfp_reclaim;
2638         u32 min_order;
2639 } fail_page_alloc = {
2640         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2641         .ignore_gfp_reclaim = true,
2642         .ignore_gfp_highmem = true,
2643         .min_order = 1,
2644 };
2645
2646 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2647 {
2648         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2649 }
2650 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2651
2652 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2653 {
2654         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2655                 return false;
2656         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2657                 return false;
2658         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2659                 return false;
2660         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2661                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2662                 return false;
2663
2664         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2665 }
2666
2667 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2668
2669 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2670 {
2671         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2672         struct dentry *dir;
2673
2674         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2675                                         &fail_page_alloc.attr);
2676         if (IS_ERR(dir))
2677                 return PTR_ERR(dir);
2678
2679         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2680                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2681                 goto fail;
2682         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2683                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2684                 goto fail;
2685         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2686                                 &fail_page_alloc.min_order))
2687                 goto fail;
2688
2689         return 0;
2690 fail:
2691         debugfs_remove_recursive(dir);
2692
2693         return -ENOMEM;
2694 }
2695
2696 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2697
2698 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2699
2700 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2701
2702 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2703 {
2704         return false;
2705 }
2706
2707 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2708
2709 /*
2710  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2711  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2712  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2713  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2714  */
2715 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2716                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2717                          long free_pages)
2718 {
2719         long min = mark;
2720         int o;
2721         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2722
2723         /* free_pages may go negative - that's OK */
2724         free_pages -= (1 << order) - 1;
2725
2726         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2727                 min -= min / 2;
2728
2729         /*
2730          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2731          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2732          * atomic reserve but it avoids a search.
2733          */
2734         if (likely(!alloc_harder))
2735                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2736         else
2737                 min -= min / 4;
2738
2739 #ifdef CONFIG_CMA
2740         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2741         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2742                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2743 #endif
2744
2745         /*
2746          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2747          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2748          * even if a suitable page happened to be free.
2749          */
2750         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2751                 return false;
2752
2753         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2754         if (!order)
2755                 return true;
2756
2757         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2758         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2759                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2760                 int mt;
2761
2762                 if (!area->nr_free)
2763                         continue;
2764
2765                 if (alloc_harder)
2766                         return true;
2767
2768                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2769                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2770                                 return true;
2771                 }
2772
2773 #ifdef CONFIG_CMA
2774                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2775                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2776                         return true;
2777                 }
2778 #endif
2779         }
2780         return false;
2781 }
2782
2783 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2784                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2785 {
2786         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2787                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2788 }
2789
2790 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2791                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2792 {
2793         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2794         long cma_pages = 0;
2795
2796 #ifdef CONFIG_CMA
2797         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2798         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2799                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2800 #endif
2801
2802         /*
2803          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2804          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2805          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2806          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2807          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2808          */
2809         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2810                 return true;
2811
2812         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2813                                         free_pages);
2814 }
2815
2816 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2817                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2818 {
2819         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2820
2821         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2822                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2823
2824         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2825                                                                 free_pages);
2826 }
2827
2828 #ifdef CONFIG_NUMA
2829 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2830 {
2831         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2832                                 RECLAIM_DISTANCE;
2833 }
2834 #else   /* CONFIG_NUMA */
2835 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2836 {
2837         return true;
2838 }
2839 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2840
2841 /*
2842  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2843  * a page.
2844  */
2845 static struct page *
2846 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2847                                                 const struct alloc_context *ac)
2848 {
2849         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2850         struct zone *zone;
2851         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
2852
2853         /*
2854          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2855          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2856          */
2857         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2858                                                                 ac->nodemask) {
2859                 struct page *page;
2860                 unsigned long mark;
2861
2862                 if (cpusets_enabled() &&
2863                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2864                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2865                                 continue;
2866                 /*
2867                  * When allocating a page cache page for writing, we
2868                  * want to get it from a node that is within its dirty
2869                  * limit, such that no single node holds more than its
2870                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2871                  * The dirty limits take into account the node's
2872                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2873                  * should be able to balance it without having to
2874                  * write pages from its LRU list.
2875                  *
2876                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2877                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
2878                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2879                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2880                  * nodes are together not big enough to reach the
2881                  * global limit.  The proper fix for these situations
2882                  * will require awareness of nodes in the
2883                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2884                  */
2885                 if (ac->spread_dirty_pages) {
2886                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
2887                                 continue;
2888
2889                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
2890                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
2891                                 continue;
2892                         }
2893                 }
2894
2895                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2896                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
2897                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
2898                         int ret;
2899
2900                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2901                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2902                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2903                                 goto try_this_zone;
2904
2905                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
2906                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
2907                                 continue;
2908
2909                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
2910                         switch (ret) {
2911                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
2912                                 /* did not scan */
2913                                 continue;
2914                         case NODE_RECLAIM_FULL:
2915                                 /* scanned but unreclaimable */
2916                                 continue;
2917                         default:
2918                                 /* did we reclaim enough */
2919                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2920                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
2921                                         goto try_this_zone;
2922
2923                                 continue;
2924                         }
2925                 }
2926
2927 try_this_zone:
2928                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
2929                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2930                 if (page) {
2931                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
2932
2933                         /*
2934                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2935                          * if the pageblock should be reserved for the future
2936                          */
2937                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2938                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2939
2940                         return page;
2941                 }
2942         }
2943
2944         return NULL;
2945 }
2946
2947 /*
2948  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2949  * meminfo in irq context.
2950  */
2951 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2952 {
2953         bool ret = false;
2954
2955 #if NODES_SHIFT > 8
2956         ret = in_interrupt();
2957 #endif
2958         return ret;
2959 }
2960
2961 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2962                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2963                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2964
2965 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2966 {
2967         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2968
2969         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2970             debug_guardpage_minorder() > 0)
2971                 return;
2972
2973         /*
2974          * This documents exceptions given to allocations in certain
2975          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2976          * of allowed nodes.
2977          */
2978         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2979                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2980                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2981                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2982         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2983                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2984
2985         if (fmt) {
2986                 struct va_format vaf;
2987                 va_list args;
2988
2989                 va_start(args, fmt);
2990
2991                 vaf.fmt = fmt;
2992                 vaf.va = &args;
2993
2994                 pr_warn("%pV", &vaf);
2995
2996                 va_end(args);
2997         }
2998
2999         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
3000                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
3001         dump_stack();
3002         if (!should_suppress_show_mem())
3003                 show_mem(filter);
3004 }
3005
3006 static inline struct page *
3007 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3008         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3009 {
3010         struct oom_control oc = {
3011                 .zonelist = ac->zonelist,
3012                 .nodemask = ac->nodemask,
3013                 .memcg = NULL,
3014                 .gfp_mask = gfp_mask,
3015                 .order = order,
3016         };
3017         struct page *page;
3018
3019         *did_some_progress = 0;
3020
3021         /*
3022          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3023          * making progress for us.
3024          */
3025         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3026                 *did_some_progress = 1;
3027                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3028                 return NULL;
3029         }
3030
3031         /*
3032          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3033          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3034          * we're still under heavy pressure.
3035          */
3036         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3037                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3038         if (page)
3039                 goto out;
3040
3041         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3042                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3043                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3044                         goto out;
3045                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3046                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3047                         goto out;
3048                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3049                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3050                         goto out;
3051                 if (pm_suspended_storage())
3052                         goto out;
3053                 /*
3054                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3055                  * other request to make a forward progress.
3056                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3057                  * do much for this context but let's try it to at least get
3058                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
3059                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3060                  * failures more gracefully we should just bail out here.
3061                  */
3062
3063                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3064                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3065                         goto out;
3066         }
3067         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3068         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3069                 *did_some_progress = 1;
3070
3071                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3072                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3073                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
3074                         /*
3075                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3076                          * are depleted
3077                          */
3078                         if (!page)
3079                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3080                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3081                 }
3082         }
3083 out:
3084         mutex_unlock(&oom_lock);
3085         return page;
3086 }
3087
3088 /*
3089  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3090  * killer is consider as the only way to move forward.
3091  */
3092 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3093
3094 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3095 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3096 static struct page *
3097 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3098                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3099                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3100 {
3101         struct page *page;
3102
3103         if (!order)
3104                 return NULL;
3105
3106         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3107         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3108                                                                         prio);
3109         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3110
3111         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3112                 return NULL;
3113
3114         /*
3115          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3116          * count a compaction stall
3117          */
3118         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3119
3120         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3121
3122         if (page) {
3123                 struct zone *zone = page_zone(page);
3124
3125                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3126                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3127                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3128                 return page;
3129         }
3130
3131         /*
3132          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3133          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3134          */
3135         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3136
3137         cond_resched();
3138
3139         return NULL;
3140 }
3141
3142 static inline bool
3143 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3144                      enum compact_result compact_result,
3145                      enum compact_priority *compact_priority,
3146                      int compaction_retries)
3147 {
3148         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3149
3150         if (!order)
3151                 return false;
3152
3153         /*
3154          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3155          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3156          * failure could be caused by insufficient priority
3157          */
3158         if (compaction_failed(compact_result)) {
3159                 if (*compact_priority > MIN_COMPACT_PRIORITY) {
3160                         (*compact_priority)--;
3161                         return true;
3162                 }
3163                 return false;
3164         }
3165
3166         /*
3167          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3168          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3169          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3170          * compaction.
3171          */
3172         if (compaction_withdrawn(compact_result))
3173                 return compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3174
3175         /*
3176          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3177          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3178          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3179          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3180          * would need much more detailed feedback from compaction to
3181          * make a better decision.
3182          */
3183         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3184                 max_retries /= 4;
3185         if (compaction_retries <= max_retries)
3186                 return true;
3187
3188         return false;
3189 }
3190 #else
3191 static inline struct page *
3192 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3193                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3194                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3195 {
3196         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3197         return NULL;
3198 }
3199
3200 static inline bool
3201 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3202                      enum compact_result compact_result,
3203                      enum compact_priority *compact_priority,
3204                      int compaction_retries)
3205 {
3206         struct zone *zone;
3207         struct zoneref *z;
3208
3209         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3210                 return false;
3211
3212         /*
3213          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3214          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3215          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3216          * watermarks are OK.
3217          */
3218         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3219                                         ac->nodemask) {
3220                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3221                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3222                         return true;
3223         }
3224         return false;
3225 }
3226 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3227
3228 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3229 static int
3230 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3231                                         const struct alloc_context *ac)
3232 {
3233         struct reclaim_state reclaim_state;
3234         int progress;
3235
3236         cond_resched();
3237
3238         /* We now go into synchronous reclaim */
3239         cpuset_memory_pressure_bump();
3240         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3241         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3242         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3243         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3244
3245         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3246                                                                 ac->nodemask);
3247
3248         current->reclaim_state = NULL;
3249         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3250         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3251
3252         cond_resched();
3253
3254         return progress;
3255 }
3256
3257 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3258 static inline struct page *
3259 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3260                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3261                 unsigned long *did_some_progress)
3262 {
3263         struct page *page = NULL;
3264         bool drained = false;
3265
3266         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3267         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3268                 return NULL;
3269
3270 retry:
3271         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3272
3273         /*
3274          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3275          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3276          * Shrink them them and try again
3277          */
3278         if (!page && !drained) {
3279                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3280                 drain_all_pages(NULL);
3281                 drained = true;
3282                 goto retry;
3283         }
3284
3285         return page;
3286 }
3287
3288 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3289 {
3290         struct zoneref *z;
3291         struct zone *zone;
3292         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3293
3294         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3295                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3296                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3297                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3298                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3299         }
3300 }
3301
3302 static inline unsigned int
3303 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3304 {
3305         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3306
3307         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3308         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3309
3310         /*
3311          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3312          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3313          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3314          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3315          */
3316         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3317
3318         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3319                 /*
3320                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3321                  * if it can't schedule.
3322                  */
3323                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3324                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3325                 /*
3326                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3327                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3328                  */
3329                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3330         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3331                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3332
3333 #ifdef CONFIG_CMA
3334         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3335                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3336 #endif
3337         return alloc_flags;
3338 }
3339
3340 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3341 {
3342         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3343                 return false;
3344
3345         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3346                 return true;
3347         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3348                 return true;
3349         if (!in_interrupt() &&
3350                         ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3351                          unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3352                 return true;
3353
3354         return false;
3355 }
3356
3357 /*
3358  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3359  * is consider as the only way to move forward.
3360  */
3361 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3362
3363 /*
3364  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3365  * for the given allocation request.
3366  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3367  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3368  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3369  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3370  * no_progress_loops).
3371  *
3372  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3373  */
3374 static inline bool
3375 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3376                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3377                      bool did_some_progress, int no_progress_loops)
3378 {
3379         struct zone *zone;
3380         struct zoneref *z;
3381
3382         /*
3383          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3384          * several times in the row.
3385          */
3386         if (no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3387                 return false;
3388
3389         /*
3390          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3391          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3392          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3393          * screwed and have to go OOM.
3394          */
3395         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3396                                         ac->nodemask) {
3397                 unsigned long available;
3398                 unsigned long reclaimable;
3399
3400                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3401                 available -= DIV_ROUND_UP(no_progress_loops * available,
3402                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3403                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3404
3405                 /*
3406                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3407                  * available?
3408                  */
3409                 if (__zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark_pages(zone),
3410                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available)) {
3411                         /*
3412                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3413                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3414                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3415                          * prevent from pre mature OOM
3416                          */
3417                         if (!did_some_progress) {
3418                                 unsigned long write_pending;
3419
3420                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3421                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3422
3423                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3424                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3425                                         return true;
3426                                 }
3427                         }
3428
3429                         /*
3430                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3431                          * context and the current implementation of the WQ
3432                          * concurrency control doesn't recognize that
3433                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3434                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3435                          * do a short sleep here rather than calling
3436                          * cond_resched().
3437                          */
3438                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3439                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3440                         else
3441                                 cond_resched();
3442
3443                         return true;
3444                 }
3445         }
3446
3447         return false;
3448 }
3449
3450 static inline struct page *
3451 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3452                                                 struct alloc_context *ac)
3453 {
3454         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3455         struct page *page = NULL;
3456         unsigned int alloc_flags;
3457         unsigned long did_some_progress;
3458         enum compact_priority compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3459         enum compact_result compact_result;
3460         int compaction_retries = 0;
3461         int no_progress_loops = 0;
3462
3463         /*
3464          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3465          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3466          * be using allocators in order of preference for an area that is
3467          * too large.
3468          */
3469         if (order >= MAX_ORDER) {
3470                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3471                 return NULL;
3472         }
3473
3474         /*
3475          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3476          * callers that are not in atomic context.
3477          */
3478         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3479                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3480                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3481
3482         /*
3483          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3484          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3485          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3486          */
3487         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3488
3489         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3490                 wake_all_kswapds(order, ac);
3491
3492         /*
3493          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3494          * that first
3495          */
3496         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3497         if (page)
3498                 goto got_pg;
3499
3500         /*
3501          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3502          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. Don't try
3503          * that for allocations that are allowed to ignore watermarks, as the
3504          * ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3505          */
3506         if (can_direct_reclaim && order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3507                 !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3508                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3509                                                 alloc_flags, ac,
3510                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3511                                                 &compact_result);
3512                 if (page)
3513                         goto got_pg;
3514
3515                 /*
3516                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3517                  * includes THP page fault allocations
3518                  */
3519                 if (gfp_mask & __GFP_NORETRY) {
3520                         /*
3521                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
3522                          * it is because sync compaction recently failed. If
3523                          * this is the case and the caller requested a THP
3524                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
3525                          * system, so we fail the allocation instead of entering
3526                          * direct reclaim.
3527                          */
3528                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3529                                 goto nopage;
3530
3531                         /*
3532                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
3533                          * sync compaction could be very expensive, so keep
3534                          * using async compaction.
3535                          */
3536                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
3537                 }
3538         }
3539
3540 retry:
3541         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
3542         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3543                 wake_all_kswapds(order, ac);
3544
3545         if (gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask))
3546                 alloc_flags = ALLOC_NO_WATERMARKS;
3547
3548         /*
3549          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3550          * These allocations are high priority and system rather than user
3551          * orientated.
3552          */
3553         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
3554                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3555                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3556                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3557         }
3558
3559         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
3560         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3561         if (page)
3562                 goto got_pg;
3563
3564         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3565         if (!can_direct_reclaim) {
3566                 /*
3567                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3568                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3569                  * to fail.
3570                  */
3571                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3572                 goto nopage;
3573         }
3574
3575         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3576         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3577                 /*
3578                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3579                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3580                  * for somebody to do a work for us.
3581                  */
3582                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3583                         cond_resched();
3584                         goto retry;
3585                 }
3586                 goto nopage;
3587         }
3588
3589         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3590         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3591                 goto nopage;
3592
3593
3594         /* Try direct reclaim and then allocating */
3595         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3596                                                         &did_some_progress);
3597         if (page)
3598                 goto got_pg;
3599
3600         /* Try direct compaction and then allocating */
3601         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3602                                         compact_priority, &compact_result);
3603         if (page)
3604                 goto got_pg;
3605
3606         if (order && compaction_made_progress(compact_result))
3607                 compaction_retries++;
3608
3609         /* Do not loop if specifically requested */
3610         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3611                 goto nopage;
3612
3613         /*
3614          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3615          * __GFP_REPEAT
3616          */
3617         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3618                 goto nopage;
3619
3620         /*
3621          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3622          * their order will become available due to high fragmentation so
3623          * always increment the no progress counter for them
3624          */
3625         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3626                 no_progress_loops = 0;
3627         else
3628                 no_progress_loops++;
3629
3630         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3631                                  did_some_progress > 0, no_progress_loops))
3632                 goto retry;
3633
3634         /*
3635          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3636          * reclaim is not able to make any progress because the current
3637          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3638          * of free memory (see __compaction_suitable)
3639          */
3640         if (did_some_progress > 0 &&
3641                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3642                                 compact_result, &compact_priority,
3643                                 compaction_retries))
3644                 goto retry;
3645
3646         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3647         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3648         if (page)
3649                 goto got_pg;
3650
3651         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3652         if (did_some_progress) {
3653                 no_progress_loops = 0;
3654                 goto retry;
3655         }
3656
3657 nopage:
3658         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3659 got_pg:
3660         return page;
3661 }
3662
3663 /*
3664  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3665  */
3666 struct page *
3667 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3668                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3669 {
3670         struct page *page;
3671         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3672         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3673         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3674         struct alloc_context ac = {
3675                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3676                 .zonelist = zonelist,
3677                 .nodemask = nodemask,
3678                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3679         };
3680
3681         if (cpusets_enabled()) {
3682                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3683                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3684                 if (!ac.nodemask)
3685                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3686         }
3687
3688         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3689
3690         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3691
3692         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3693
3694         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3695                 return NULL;
3696
3697         /*
3698          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3699          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3700          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3701          */
3702         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3703                 return NULL;
3704
3705         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3706                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3707
3708 retry_cpuset:
3709         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3710
3711         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3712         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3713
3714         /*
3715          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3716          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3717          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3718          */
3719         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3720                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3721         if (!ac.preferred_zoneref) {
3722                 page = NULL;
3723                 goto no_zone;
3724         }
3725
3726         /* First allocation attempt */
3727         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3728         if (likely(page))
3729                 goto out;
3730
3731         /*
3732          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3733          * because I/O on the device might not complete.
3734          */
3735         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3736         ac.spread_dirty_pages = false;
3737
3738         /*
3739          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3740          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3741          */
3742         if (cpusets_enabled())
3743                 ac.nodemask = nodemask;
3744         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3745
3746 no_zone:
3747         /*
3748          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3749          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3750          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3751          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3752          */
3753         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3754                 alloc_mask = gfp_mask;
3755                 goto retry_cpuset;
3756         }
3757
3758 out:
3759         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page) {
3760                 if (unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order))) {
3761                         __free_pages(page, order);
3762                         page = NULL;
3763                 } else
3764                         __SetPageKmemcg(page);
3765         }
3766
3767         if (kmemcheck_enabled && page)
3768                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3769
3770         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3771
3772         return page;
3773 }
3774 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3775
3776 /*
3777  * Common helper functions.
3778  */
3779 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3780 {
3781         struct page *page;
3782
3783         /*
3784          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3785          * a highmem page
3786          */
3787         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3788
3789         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3790         if (!page)
3791                 return 0;
3792         return (unsigned long) page_address(page);
3793 }
3794 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3795
3796 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3797 {
3798         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3799 }
3800 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3801
3802 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3803 {
3804         if (put_page_testzero(page)) {
3805                 if (order == 0)
3806                         free_hot_cold_page(page, false);
3807                 else
3808                         __free_pages_ok(page, order);
3809         }
3810 }
3811
3812 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3813
3814 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3815 {
3816         if (addr != 0) {
3817                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3818                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3819         }
3820 }
3821
3822 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3823
3824 /*
3825  * Page Fragment:
3826  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3827  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3828  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3829  *
3830  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3831  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3832  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3833  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3834  */
3835 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3836                                        gfp_t gfp_mask)
3837 {
3838         struct page *page = NULL;
3839         gfp_t gfp = gfp_mask;
3840
3841 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3842         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3843                     __GFP_NOMEMALLOC;
3844         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3845                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3846         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3847 #endif
3848         if (unlikely(!page))
3849                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3850
3851         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3852
3853         return page;
3854 }
3855
3856 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3857                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3858 {
3859         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3860         struct page *page;
3861         int offset;
3862
3863         if (unlikely(!nc->va)) {
3864 refill:
3865                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3866                 if (!page)
3867                         return NULL;
3868
3869 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3870                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3871                 size = nc->size;
3872 #endif
3873                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3874                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3875                  */
3876                 page_ref_add(page, size - 1);
3877
3878                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3879                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3880                 nc->pagecnt_bias = size;
3881                 nc->offset = size;
3882         }
3883
3884         offset = nc->offset - fragsz;
3885         if (unlikely(offset < 0)) {
3886                 page = virt_to_page(nc->va);
3887
3888                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3889                         goto refill;
3890
3891 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3892                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3893                 size = nc->size;
3894 #endif
3895                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3896                 set_page_count(page, size);
3897
3898                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3899                 nc->pagecnt_bias = size;
3900                 offset = size - fragsz;
3901         }
3902
3903         nc->pagecnt_bias--;
3904         nc->offset = offset;
3905
3906         return nc->va + offset;
3907 }
3908 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3909
3910 /*
3911  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3912  */
3913 void __free_page_frag(void *addr)
3914 {
3915         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3916
3917         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3918                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3919 }
3920 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3921
3922 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3923                 size_t size)
3924 {
3925         if (addr) {
3926                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3927                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3928
3929                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3930                 while (used < alloc_end) {
3931                         free_page(used);
3932                         used += PAGE_SIZE;
3933                 }
3934         }
3935         return (void *)addr;
3936 }
3937
3938 /**
3939  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3940  * @size: the number of bytes to allocate
3941  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3942  *
3943  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3944  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3945  * allocate memory in power-of-two pages.
3946  *
3947  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3948  *
3949  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3950  */
3951 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3952 {
3953         unsigned int order = get_order(size);
3954         unsigned long addr;
3955
3956         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3957         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3958 }
3959 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3960
3961 /**
3962  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3963  *                         pages on a node.
3964  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3965  * @size: the number of bytes to allocate
3966  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3967  *
3968  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3969  * back.
3970  */
3971 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3972 {
3973         unsigned int order = get_order(size);
3974         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3975         if (!p)
3976                 return NULL;
3977         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3978 }
3979
3980 /**
3981  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3982  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3983  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3984  *
3985  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3986  */
3987 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3988 {
3989         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3990         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3991
3992         while (addr < end) {
3993                 free_page(addr);
3994                 addr += PAGE_SIZE;
3995         }
3996 }
3997 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3998
3999 /**
4000  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4001  * @offset: The zone index of the highest zone
4002  *
4003  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4004  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4005  * zone, the number of pages is calculated as:
4006  *     managed_pages - high_pages
4007  */
4008 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4009 {
4010         struct zoneref *z;
4011         struct zone *zone;
4012
4013         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4014         unsigned long sum = 0;
4015
4016         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4017
4018         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4019                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4020                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4021                 if (size > high)
4022                         sum += size - high;
4023         }
4024
4025         return sum;
4026 }
4027
4028 /**
4029  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4030  *
4031  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4032  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4033  */
4034 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4035 {
4036         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4037 }
4038 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4039
4040 /**
4041  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4042  *
4043  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4044  * high watermark within all zones.
4045  */
4046 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4047 {
4048         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4049 }
4050
4051 static inline void show_node(struct zone *zone)
4052 {
4053         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4054                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4055 }
4056
4057 long si_mem_available(void)
4058 {
4059         long available;
4060         unsigned long pagecache;
4061         unsigned long wmark_low = 0;
4062         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4063         struct zone *zone;
4064         int lru;
4065
4066         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4067                 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4068
4069         for_each_zone(zone)
4070                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4071
4072         /*
4073          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4074          * without causing swapping.
4075          */
4076         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4077
4078         /*
4079          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4080          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4081          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4082          */
4083         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4084         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4085         available += pagecache;
4086
4087         /*
4088          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4089          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4090          */
4091         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4092                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4093
4094         if (available < 0)
4095                 available = 0;
4096         return available;
4097 }
4098 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4099
4100 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4101 {
4102         val->totalram = totalram_pages;
4103         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4104         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4105         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4106         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4107         val->freehigh = nr_free_highpages();
4108         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4109 }
4110
4111 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4112
4113 #ifdef CONFIG_NUMA
4114 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4115 {
4116         int zone_type;          /* needs to be signed */
4117         unsigned long managed_pages = 0;
4118         unsigned long managed_highpages = 0;
4119         unsigned long free_highpages = 0;
4120         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4121
4122         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4123                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4124         val->totalram = managed_pages;
4125         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4126         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4127 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4128         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4129                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4130
4131                 if (is_highmem(zone)) {
4132                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4133                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4134                 }
4135         }
4136         val->totalhigh = managed_highpages;
4137         val->freehigh = free_highpages;
4138 #else
4139         val->totalhigh = managed_highpages;
4140         val->freehigh = free_highpages;
4141 #endif
4142         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4143 }
4144 #endif
4145
4146 /*
4147  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4148  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4149  */
4150 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
4151 {
4152         bool ret = false;
4153         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4154
4155         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4156                 goto out;
4157
4158         do {
4159                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4160                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
4161         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
4162 out:
4163         return ret;
4164 }
4165
4166 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4167
4168 static void show_migration_types(unsigned char type)
4169 {
4170         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4171                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4172                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4173                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4174                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4175 #ifdef CONFIG_CMA
4176                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4177 #endif
4178 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4179                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4180 #endif
4181         };
4182         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4183         char *p = tmp;
4184         int i;
4185
4186         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4187                 if (type & (1 << i))
4188                         *p++ = types[i];
4189         }
4190
4191         *p = '\0';
4192         printk("(%s) ", tmp);
4193 }
4194
4195 /*
4196  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4197  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4198  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4199  *
4200  * Bits in @filter:
4201  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4202  *   cpuset.
4203  */
4204 void show_free_areas(unsigned int filter)
4205 {
4206         unsigned long free_pcp = 0;
4207         int cpu;
4208         struct zone *zone;
4209         pg_data_t *pgdat;
4210
4211         for_each_populated_zone(zone) {
4212                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4213                         continue;
4214
4215                 for_each_online_cpu(cpu)
4216                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4217         }
4218
4219         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4220                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4221                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4222                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4223                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4224                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4225                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4226                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4227                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4228                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4229                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4230                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4231                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4232                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4233                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4234                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4235                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4236                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4237                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4238                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4239                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4240                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4241                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4242                 free_pcp,
4243                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4244
4245         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4246                 printk("Node %d"
4247                         " active_anon:%lukB"
4248                         " inactive_anon:%lukB"
4249                         " active_file:%lukB"
4250                         " inactive_file:%lukB"
4251                         " unevictable:%lukB"
4252                         " isolated(anon):%lukB"
4253                         " isolated(file):%lukB"
4254                         " mapped:%lukB"
4255                         " dirty:%lukB"
4256                         " writeback:%lukB"
4257                         " shmem:%lukB"
4258 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4259                         " shmem_thp: %lukB"
4260                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4261                         " anon_thp: %lukB"
4262 #endif
4263                         " writeback_tmp:%lukB"
4264                         " unstable:%lukB"
4265                         " pages_scanned:%lu"
4266                         " all_unreclaimable? %s"
4267                         "\n",
4268                         pgdat->node_id,
4269                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4270                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4271                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4272                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4273                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4274                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4275                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4276                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4277                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4278                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4279 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4280                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4281                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4282                                         * HPAGE_PMD_NR),
4283                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4284 #endif
4285                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4286                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4287                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4288                         node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED),
4289                         !pgdat_reclaimable(pgdat) ? "yes" : "no");
4290         }
4291
4292         for_each_populated_zone(zone) {
4293                 int i;
4294
4295                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4296                         continue;
4297
4298                 free_pcp = 0;
4299                 for_each_online_cpu(cpu)
4300                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4301
4302                 show_node(zone);
4303                 printk("%s"
4304                         " free:%lukB"
4305                         " min:%lukB"
4306                         " low:%lukB"
4307                         " high:%lukB"
4308                         " active_anon:%lukB"
4309                         " inactive_anon:%lukB"
4310                         " active_file:%lukB"
4311                         " inactive_file:%lukB"
4312                         " unevictable:%lukB"
4313                         " writepending:%lukB"
4314                         " present:%lukB"
4315                         " managed:%lukB"
4316                         " mlocked:%lukB"
4317                         " slab_reclaimable:%lukB"
4318                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4319                         " kernel_stack:%lukB"
4320                         " pagetables:%lukB"
4321                         " bounce:%lukB"
4322                         " free_pcp:%lukB"
4323                         " local_pcp:%ukB"
4324                         " free_cma:%lukB"
4325                         "\n",
4326                         zone->name,
4327                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4328                         K(min_wmark_pages(zone)),
4329                         K(low_wmark_pages(zone)),
4330                         K(high_wmark_pages(zone)),
4331                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4332                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4333                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4334                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4335                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4336                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4337                         K(zone->present_pages),
4338                         K(zone->managed_pages),
4339                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4340                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4341                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4342                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4343                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4344                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4345                         K(free_pcp),
4346                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4347                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4348                 printk("lowmem_reserve[]:");
4349                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4350                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4351                 printk("\n");
4352         }
4353
4354         for_each_populated_zone(zone) {
4355                 unsigned int order;
4356                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4357                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4358
4359                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4360                         continue;
4361                 show_node(zone);
4362                 printk("%s: ", zone->name);
4363
4364                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4365                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4366                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4367                         int type;
4368
4369                         nr[order] = area->nr_free;
4370                         total += nr[order] << order;
4371
4372                         types[order] = 0;
4373                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4374                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4375                                         types[order] |= 1 << type;
4376                         }
4377                 }
4378                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4379                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4380                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4381                         if (nr[order])
4382                                 show_migration_types(types[order]);
4383                 }
4384                 printk("= %lukB\n", K(total));
4385         }
4386
4387         hugetlb_show_meminfo();
4388
4389         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4390
4391         show_swap_cache_info();
4392 }
4393
4394 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4395 {
4396         zoneref->zone = zone;
4397         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4398 }
4399
4400 /*
4401  * Builds allocation fallback zone lists.
4402  *
4403  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4404  */
4405 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4406                                 int nr_zones)
4407 {
4408         struct zone *zone;
4409         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4410
4411         do {
4412                 zone_type--;
4413                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4414                 if (populated_zone(zone)) {
4415                         zoneref_set_zone(zone,
4416                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4417                         check_highest_zone(zone_type);
4418                 }
4419         } while (zone_type);
4420
4421         return nr_zones;
4422 }
4423
4424
4425 /*
4426  *  zonelist_order:
4427  *  0 = automatic detection of better ordering.
4428  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4429  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4430  *
4431  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4432  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4433  */
4434 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4435 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4436 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4437
4438 /* zonelist order in the kernel.
4439  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4440  */
4441 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4442 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4443
4444
4445 #ifdef CONFIG_NUMA
4446 /* The value user specified ....changed by config */
4447 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4448 /* string for sysctl */
4449 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4450 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4451
4452 /*
4453  * interface for configure zonelist ordering.
4454  * command line option "numa_zonelist_order"
4455  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4456  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4457  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4458  */
4459
4460 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4461 {
4462         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4463                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4464         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4465                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4466         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4467                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4468         } else {
4469                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4470                 return -EINVAL;
4471         }
4472         return 0;
4473 }
4474
4475 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4476 {
4477         int ret;
4478
4479         if (!s)
4480                 return 0;
4481
4482         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4483         if (ret == 0)
4484                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4485
4486         return ret;
4487 }
4488 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4489
4490 /*
4491  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4492  */
4493 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4494                 void __user *buffer, size_t *length,
4495                 loff_t *ppos)
4496 {
4497         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4498         int ret;
4499         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4500
4501         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4502         if (write) {
4503                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4504                         ret = -EINVAL;
4505                         goto out;
4506                 }
4507                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4508         }
4509         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4510         if (ret)
4511                 goto out;
4512         if (write) {
4513                 int oldval = user_zonelist_order;
4514
4515                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4516                 if (ret) {
4517                         /*
4518                          * bogus value.  restore saved string
4519                          */
4520                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4521                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4522                         user_zonelist_order = oldval;
4523                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4524                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4525                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4526                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4527                 }
4528         }
4529 out:
4530         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4531         return ret;
4532 }
4533
4534
4535 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4536 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4537
4538 /**
4539  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4540  * @node: node whose fallback list we're appending
4541  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4542  *
4543  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4544  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4545  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4546  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4547  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4548  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4549  * on them otherwise.
4550  * It returns -1 if no node is found.
4551  */
4552 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4553 {
4554         int n, val;
4555         int min_val = INT_MAX;
4556         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4557         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4558
4559         /* Use the local node if we haven't already */
4560         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4561                 node_set(node, *used_node_mask);
4562                 return node;
4563         }
4564
4565         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4566
4567                 /* Don't want a node to appear more than once */
4568                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4569                         continue;
4570
4571                 /* Use the distance array to find the distance */
4572                 val = node_distance(node, n);
4573
4574                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4575                 val += (n < node);
4576
4577                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4578                 tmp = cpumask_of_node(n);
4579                 if (!cpumask_empty(tmp))
4580                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4581
4582                 /* Slight preference for less loaded node */
4583                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4584                 val += node_load[n];
4585
4586                 if (val < min_val) {
4587                         min_val = val;
4588                         best_node = n;
4589                 }
4590         }
4591
4592         if (best_node >= 0)
4593                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4594
4595         return best_node;
4596 }
4597
4598
4599 /*
4600  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4601  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4602  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4603  */
4604 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4605 {
4606         int j;
4607         struct zonelist *zonelist;
4608
4609         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4610         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4611                 ;
4612         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4613         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4614         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4615 }
4616
4617 /*
4618  * Build gfp_thisnode zonelists
4619  */
4620 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4621 {
4622         int j;
4623         struct zonelist *zonelist;
4624
4625         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4626         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4627         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4628         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4629 }
4630
4631 /*
4632  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4633  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4634  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4635  * may still exist in local DMA zone.
4636  */
4637 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4638
4639 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4640 {
4641         int pos, j, node;
4642         int zone_type;          /* needs to be signed */
4643         struct zone *z;
4644         struct zonelist *zonelist;
4645
4646         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4647         pos = 0;
4648         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4649                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4650                         node = node_order[j];
4651                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4652                         if (populated_zone(z)) {
4653                                 zoneref_set_zone(z,
4654                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4655                                 check_highest_zone(zone_type);
4656                         }
4657                 }
4658         }
4659         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4660         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4661 }
4662
4663 #if defined(CONFIG_64BIT)
4664 /*
4665  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4666  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4667  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4668  */
4669 static int default_zonelist_order(void)
4670 {
4671         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4672 }
4673 #else
4674 /*
4675  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4676  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4677  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4678  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4679  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4680  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4681  */
4682 static int default_zonelist_order(void)
4683 {
4684         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4685 }
4686 #endif /* CONFIG_64BIT */
4687
4688 static void set_zonelist_order(void)
4689 {
4690         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4691                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4692         else
4693                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4694 }
4695
4696 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4697 {
4698         int i, node, load;
4699         nodemask_t used_mask;
4700         int local_node, prev_node;
4701         struct zonelist *zonelist;
4702         unsigned int order = current_zonelist_order;
4703
4704         /* initialize zonelists */
4705         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4706                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4707                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4708                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4709         }
4710
4711         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4712         local_node = pgdat->node_id;
4713         load = nr_online_nodes;
4714         prev_node = local_node;
4715         nodes_clear(used_mask);
4716
4717         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4718         i = 0;
4719
4720         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4721                 /*
4722                  * We don't want to pressure a particular node.
4723                  * So adding penalty to the first node in same
4724                  * distance group to make it round-robin.
4725                  */
4726                 if (node_distance(local_node, node) !=
4727                     node_distance(local_node, prev_node))
4728                         node_load[node] = load;
4729
4730                 prev_node = node;
4731                 load--;
4732                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4733                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4734                 else
4735                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4736         }
4737
4738         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4739                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4740                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4741         }
4742
4743         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4744 }
4745
4746 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4747 /*
4748  * Return node id of node used for "local" allocations.
4749  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4750  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4751  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4752  */
4753 int local_memory_node(int node)
4754 {
4755         struct zoneref *z;
4756
4757         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4758                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4759                                    NULL);
4760         return z->zone->node;
4761 }
4762 #endif
4763
4764 #else   /* CONFIG_NUMA */
4765
4766 static void set_zonelist_order(void)
4767 {
4768         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4769 }
4770
4771 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4772 {
4773         int node, local_node;
4774         enum zone_type j;
4775         struct zonelist *zonelist;
4776
4777         local_node = pgdat->node_id;
4778
4779         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4780         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4781
4782         /*
4783          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4784          * of all the other nodes.
4785          * We don't want to pressure a particular node, so when
4786          * building the zones for node N, we make sure that the
4787          * zones coming right after the local ones are those from
4788          * node N+1 (modulo N)
4789          */
4790         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4791                 if (!node_online(node))
4792                         continue;
4793                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4794         }
4795         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4796                 if (!node_online(node))
4797                         continue;
4798                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4799         }
4800
4801         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4802         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4803 }
4804
4805 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4806
4807 /*
4808  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4809  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4810  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4811  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4812  * with interrupts disabled.
4813  *
4814  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4815  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4816  * hotplugged processors.
4817  *
4818  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4819  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4820  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4821  */
4822 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4823 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4824 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4825
4826 /*
4827  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4828  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4829  */
4830 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4831
4832 /* return values int ....just for stop_machine() */
4833 static int __build_all_zonelists(void *data)
4834 {
4835         int nid;
4836         int cpu;
4837         pg_data_t *self = data;
4838
4839 #ifdef CONFIG_NUMA
4840         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4841 #endif
4842
4843         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4844                 build_zonelists(self);
4845         }
4846
4847         for_each_online_node(nid) {
4848                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4849
4850                 build_zonelists(pgdat);
4851         }
4852
4853         /*
4854          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4855          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4856          * each zone will be allocated later when the per cpu
4857          * allocator is available.
4858          *
4859          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4860          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4861          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4862          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4863          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4864          * (a chicken-egg dilemma).
4865          */
4866         for_each_possible_cpu(cpu) {
4867                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4868
4869 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4870                 /*
4871                  * We now know the "local memory node" for each node--
4872                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4873                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4874                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4875                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4876                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4877                  */
4878                 if (cpu_online(cpu))
4879                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4880 #endif
4881         }
4882
4883         return 0;
4884 }
4885
4886 static noinline void __init
4887 build_all_zonelists_init(void)
4888 {
4889         __build_all_zonelists(NULL);
4890         mminit_verify_zonelist();
4891         cpuset_init_current_mems_allowed();
4892 }
4893
4894 /*
4895  * Called with zonelists_mutex held always
4896  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4897  *
4898  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4899  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4900  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4901  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4902  */
4903 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4904 {
4905         set_zonelist_order();
4906
4907         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4908                 build_all_zonelists_init();
4909         } else {
4910 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4911                 if (zone)
4912                         setup_zone_pageset(zone);
4913 #endif
4914                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4915                    of zonelist */
4916                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4917                 /* cpuset refresh routine should be here */
4918         }
4919         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4920         /*
4921          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4922          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4923          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4924          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4925          * disabled and enable it later
4926          */
4927         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4928                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4929         else
4930                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4931
4932         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
4933                 nr_online_nodes,
4934                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4935                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4936                 vm_total_pages);
4937 #ifdef CONFIG_NUMA
4938         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4939 #endif
4940 }
4941
4942 /*
4943  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4944  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4945  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4946  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4947  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4948  * conservative, even though it seems large.
4949  *
4950  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4951  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4952  */
4953 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4954
4955 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4956 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4957 {
4958         unsigned long size = 1;
4959
4960         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4961
4962         while (size < pages)
4963                 size <<= 1;
4964
4965         /*
4966          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4967          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4968          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4969          */
4970         size = min(size, 4096UL);
4971
4972         return max(size, 4UL);
4973 }
4974 #else
4975 /*
4976  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4977  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4978  *
4979  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4980  *
4981  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4982  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4983  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4984  *
4985  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4986  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4987  *
4988  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4989  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4990  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4991  */
4992 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4993 {
4994         return 4096UL;
4995 }
4996 #endif
4997
4998 /*
4999  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
5000  * to extract the more random high bits from the multiplicative
5001  * hash function before the remainder is taken.
5002  */
5003 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
5004 {
5005         return ffz(~size);
5006 }
5007
5008 /*
5009  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5010  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5011  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5012  */
5013 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5014                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5015 {
5016         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5017         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5018         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5019         unsigned long pfn;
5020         unsigned long nr_initialised = 0;
5021 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5022         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5023 #endif
5024
5025         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5026                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5027
5028         /*
5029          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5030          * memory
5031          */
5032         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5033                 start_pfn += altmap->reserve;
5034
5035         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5036                 /*
5037                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5038                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5039                  */
5040                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5041                         goto not_early;
5042
5043                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5044                         continue;
5045                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5046                         continue;
5047                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5048                         break;
5049
5050 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5051                 /*
5052                  * If not mirrored_kernelcore and ZONE_MOVABLE exists, range
5053                  * from zone_movable_pfn[nid] to end of each node should be
5054                  * ZONE_MOVABLE not ZONE_NORMAL. skip it.
5055                  */
5056                 if (!mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid])
5057                         if (zone == ZONE_NORMAL && pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5058                                 continue;
5059
5060                 /*
5061                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5062                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5063                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5064                  */
5065                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5066                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5067                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5068                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5069                                                 break;
5070                                 r = tmp;
5071                         }
5072                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5073                             memblock_is_mirror(r)) {
5074                                 /* already initialized as NORMAL */
5075                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5076                                 continue;
5077                         }
5078                 }
5079 #endif
5080
5081 not_early:
5082                 /*
5083                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5084                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5085                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5086                  * the address space during boot when many long-lived
5087                  * kernel allocations are made.
5088                  *
5089                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5090                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5091                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5092                  * pfn out of zone.
5093                  */
5094                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5095                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5096
5097                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5098                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5099                 } else {
5100                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5101                 }
5102         }
5103 }
5104
5105 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5106 {
5107         unsigned int order, t;
5108         for_each_migratetype_order(order, t) {
5109                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5110                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5111         }
5112 }
5113
5114 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5115 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5116         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5117 #endif
5118
5119 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5120 {
5121 #ifdef CONFIG_MMU
5122         int batch;
5123
5124         /*
5125          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5126          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5127          *
5128          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5129          */
5130         batch = zone->managed_pages / 1024;
5131         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5132                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5133         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5134         if (batch < 1)
5135                 batch = 1;
5136
5137         /*
5138          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5139          * of 2 value was found to be more likely to have
5140          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5141          *
5142          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5143          * batches of pages, one task can end up with a lot
5144          * of pages of one half of the possible page colors
5145          * and the other with pages of the other colors.
5146          */
5147         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5148
5149         return batch;
5150
5151 #else
5152         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5153          * conditions.
5154          *
5155          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5156          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5157          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5158          *
5159          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5160          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5161          * can be a significant delay between the individual batches being
5162          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5163          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5164          */
5165         return 0;
5166 #endif
5167 }
5168
5169 /*
5170  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5171  * ->batch must never be higher then ->high.
5172  * The following function updates them in a safe manner without read side
5173  * locking.
5174  *
5175  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5176  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5177  *
5178  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5179  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5180  * exist).
5181  */
5182 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5183                 unsigned long batch)
5184 {
5185        /* start with a fail safe value for batch */
5186         pcp->batch = 1;
5187         smp_wmb();
5188
5189        /* Update high, then batch, in order */
5190         pcp->high = high;
5191         smp_wmb();
5192
5193         pcp->batch = batch;
5194 }
5195
5196 /* a companion to pageset_set_high() */
5197 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5198 {
5199         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5200 }
5201
5202 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5203 {
5204         struct per_cpu_pages *pcp;
5205         int migratetype;
5206
5207         memset(p, 0, sizeof(*p));
5208
5209         pcp = &p->pcp;
5210         pcp->count = 0;
5211         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5212                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5213 }
5214
5215 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5216 {
5217         pageset_init(p);
5218         pageset_set_batch(p, batch);
5219 }
5220
5221 /*
5222  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5223  * to the value high for the pageset p.
5224  */
5225 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5226                                 unsigned long high)
5227 {
5228         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5229         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5230                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5231
5232         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5233 }
5234
5235 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5236                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5237 {
5238         if (percpu_pagelist_fraction)
5239                 pageset_set_high(pcp,
5240                         (zone->managed_pages /
5241                                 percpu_pagelist_fraction));
5242         else
5243                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5244 }
5245
5246 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5247 {
5248         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5249
5250         pageset_init(pcp);
5251         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5252 }
5253
5254 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5255 {
5256         int cpu;
5257         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5258         for_each_possible_cpu(cpu)
5259                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5260 }
5261
5262 /*
5263  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5264  * Before this call only boot pagesets were available.
5265  */
5266 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5267 {
5268         struct pglist_data *pgdat;
5269         struct zone *zone;
5270
5271         for_each_populated_zone(zone)
5272                 setup_zone_pageset(zone);
5273
5274         for_each_online_pgdat(pgdat)
5275                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5276                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5277 }
5278
5279 static noinline __ref
5280 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
5281 {
5282         int i;
5283         size_t alloc_size;
5284
5285         /*
5286          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
5287          * per zone.
5288          */
5289         zone->wait_table_hash_nr_entries =
5290                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
5291         zone->wait_table_bits =
5292                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
5293         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
5294                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
5295
5296         if (!slab_is_available()) {
5297                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
5298                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
5299                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
5300         } else {
5301                 /*
5302                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
5303                  * via memory hot-add.
5304                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
5305                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
5306                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
5307                  * node itself as well.
5308                  * To use this new node's memory, further consideration will be
5309                  * necessary.
5310                  */
5311                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
5312         }
5313         if (!zone->wait_table)
5314                 return -ENOMEM;
5315
5316         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
5317                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
5318
5319         return 0;
5320 }
5321
5322 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5323 {
5324         /*
5325          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5326          * relies on the ability of the linker to provide the
5327          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5328          */
5329         zone->pageset = &boot_pageset;
5330
5331         if (populated_zone(zone))
5332                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5333                         zone->name, zone->present_pages,
5334                                          zone_batchsize(zone));
5335 }
5336
5337 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5338                                         unsigned long zone_start_pfn,
5339                                         unsigned long size)
5340 {
5341         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5342         int ret;
5343         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5344         if (ret)
5345                 return ret;
5346         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5347
5348         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5349
5350         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5351                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5352                         pgdat->node_id,
5353                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5354                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5355
5356         zone_init_free_lists(zone);
5357
5358         return 0;
5359 }
5360
5361 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5362 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5363
5364 /*
5365  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5366  */
5367 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5368                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5369 {
5370         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5371         int nid;
5372
5373         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5374                 return state->last_nid;
5375
5376         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5377         if (nid != -1) {
5378                 state->last_start = start_pfn;
5379                 state->last_end = end_pfn;
5380                 state->last_nid = nid;
5381         }
5382
5383         return nid;
5384 }
5385 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5386
5387 /**
5388  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5389  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5390  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5391  *
5392  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5393  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5394  * memblock_free_early_nid() manually.
5395  */
5396 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5397 {
5398         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5399         int i, this_nid;
5400
5401         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5402                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5403                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5404
5405                 if (start_pfn < end_pfn)
5406                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5407                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5408                                         this_nid);
5409         }
5410 }
5411
5412 /**
5413  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5414  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5415  *
5416  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5417  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5418  */
5419 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
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                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5426 }
5427
5428 /**
5429  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5430  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5431  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5432  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5433  *
5434  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5435  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5436  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5437  * PFNs will be 0.
5438  */
5439 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5440                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5441 {
5442         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5443         int i;
5444
5445         *start_pfn = -1UL;
5446         *end_pfn = 0;
5447
5448         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5449                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5450                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5451         }
5452
5453         if (*start_pfn == -1UL)
5454                 *start_pfn = 0;
5455 }
5456
5457 /*
5458  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5459  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5460  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5461  */
5462 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5463 {
5464         int zone_index;
5465         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5466                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5467                         continue;
5468
5469                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5470                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5471                         break;
5472         }
5473
5474         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5475         movable_zone = zone_index;
5476 }
5477
5478 /*
5479  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5480  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5481  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5482  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5483  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5484  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5485  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5486  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5487  */
5488 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5489                                         unsigned long zone_type,
5490                                         unsigned long node_start_pfn,
5491                                         unsigned long node_end_pfn,
5492                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5493                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5494 {
5495         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5496         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5497                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5498                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5499                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5500                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5501                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5502
5503                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5504                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5505                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5506         }
5507 }
5508
5509 /*
5510  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5511  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5512  */
5513 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5514                                         unsigned long zone_type,
5515                                         unsigned long node_start_pfn,
5516                                         unsigned long node_end_pfn,
5517                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5518                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5519                                         unsigned long *ignored)
5520 {
5521         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5522         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5523                 return 0;
5524
5525         /* Get the start and end of the zone */
5526         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5527         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5528         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5529                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5530                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5531
5532         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5533         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5534                 return 0;
5535
5536         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5537         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5538         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5539
5540         /* Return the spanned pages */
5541         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5542 }
5543
5544 /*
5545  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5546  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5547  */
5548 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5549                                 unsigned long range_start_pfn,
5550                                 unsigned long range_end_pfn)
5551 {
5552         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5553         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5554         int i;
5555
5556         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5557                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5558                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5559                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5560         }
5561         return nr_absent;
5562 }
5563
5564 /**
5565  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5566  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5567  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5568  *
5569  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5570  */
5571 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5572                                                         unsigned long end_pfn)
5573 {
5574         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5575 }
5576
5577 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5578 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5579                                         unsigned long zone_type,
5580                                         unsigned long node_start_pfn,
5581                                         unsigned long node_end_pfn,
5582                                         unsigned long *ignored)
5583 {
5584         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5585         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5586         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5587         unsigned long nr_absent;
5588
5589         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5590         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5591                 return 0;
5592
5593         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5594         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5595
5596         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5597                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5598                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5599         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5600
5601         /*
5602          * ZONE_MOVABLE handling.
5603          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5604          * and vice versa.
5605          */
5606         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5607                 if (mirrored_kernelcore) {
5608                         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5609                         struct memblock_region *r;
5610
5611                         for_each_memblock(memory, r) {
5612                                 start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5613                                                   zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5614                                 end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5615                                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5616
5617                                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5618                                     memblock_is_mirror(r))
5619                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5620
5621                                 if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5622                                     !memblock_is_mirror(r))
5623                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5624                         }
5625                 } else {
5626                         if (zone_type == ZONE_NORMAL)
5627                                 nr_absent += node_end_pfn - zone_movable_pfn[nid];
5628                 }
5629         }
5630
5631         return nr_absent;
5632 }
5633
5634 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5635 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5636                                         unsigned long zone_type,
5637                                         unsigned long node_start_pfn,
5638                                         unsigned long node_end_pfn,
5639                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5640                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5641                                         unsigned long *zones_size)
5642 {
5643         unsigned int zone;
5644
5645         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5646         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5647                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5648
5649         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5650
5651         return zones_size[zone_type];
5652 }
5653
5654 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5655                                                 unsigned long zone_type,
5656                                                 unsigned long node_start_pfn,
5657                                                 unsigned long node_end_pfn,
5658                                                 unsigned long *zholes_size)
5659 {
5660         if (!zholes_size)
5661                 return 0;
5662
5663         return zholes_size[zone_type];
5664 }
5665
5666 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5667
5668 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5669                                                 unsigned long node_start_pfn,
5670                                                 unsigned long node_end_pfn,
5671                                                 unsigned long *zones_size,
5672                                                 unsigned long *zholes_size)
5673 {
5674         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5675         enum zone_type i;
5676
5677         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5678                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5679                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5680                 unsigned long size, real_size;
5681
5682                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5683                                                   node_start_pfn,
5684                                                   node_end_pfn,
5685                                                   &zone_start_pfn,
5686                                                   &zone_end_pfn,
5687                                                   zones_size);
5688                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5689                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5690                                                   zholes_size);
5691                 if (size)
5692                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5693                 else
5694                         zone->zone_start_pfn = 0;
5695                 zone->spanned_pages = size;
5696                 zone->present_pages = real_size;
5697
5698                 totalpages += size;
5699                 realtotalpages += real_size;
5700         }
5701
5702         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5703         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5704         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5705                                                         realtotalpages);
5706 }
5707
5708 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5709 /*
5710  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5711  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5712  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5713  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5714  * bytes.
5715  */
5716 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5717 {
5718         unsigned long usemapsize;
5719
5720         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5721         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5722         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5723         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5724         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5725
5726         return usemapsize / 8;
5727 }
5728
5729 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5730                                 struct zone *zone,
5731                                 unsigned long zone_start_pfn,
5732                                 unsigned long zonesize)
5733 {
5734         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5735         zone->pageblock_flags = NULL;
5736         if (usemapsize)
5737                 zone->pageblock_flags =
5738                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5739                                                          pgdat->node_id);
5740 }
5741 #else
5742 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5743                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5744 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5745
5746 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5747
5748 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5749 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5750 {
5751         unsigned int order;
5752
5753         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5754         if (pageblock_order)
5755                 return;
5756
5757         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5758                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5759         else
5760                 order = MAX_ORDER - 1;
5761
5762         /*
5763          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5764          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5765          * powerpc.
5766          */
5767         pageblock_order = order;
5768 }
5769 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5770
5771 /*
5772  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5773  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5774  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5775  * the kernel config
5776  */
5777 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5778 {
5779 }
5780
5781 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5782
5783 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5784                                                    unsigned long present_pages)
5785 {
5786         unsigned long pages = spanned_pages;
5787
5788         /*
5789          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5790          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5791          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5792          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5793          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5794          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5795          */
5796         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5797             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5798                 pages = present_pages;
5799
5800         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5801 }
5802
5803 /*
5804  * Set up the zone data structures:
5805  *   - mark all pages reserved
5806  *   - mark all memory queues empty
5807  *   - clear the memory bitmaps
5808  *
5809  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5810  */
5811 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5812 {
5813         enum zone_type j;
5814         int nid = pgdat->node_id;
5815         int ret;
5816
5817         pgdat_resize_init(pgdat);
5818 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5819         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5820         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5821         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5822 #endif
5823 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5824         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5825         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5826         pgdat->split_queue_len = 0;
5827 #endif
5828         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5829         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5830 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5831         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5832 #endif
5833         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5834         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
5835         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
5836
5837         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5838                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5839                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5840                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5841
5842                 size = zone->spanned_pages;
5843                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5844
5845                 /*
5846                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5847                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5848                  * and per-cpu initialisations
5849                  */
5850                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5851                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5852                         if (freesize >= memmap_pages) {
5853                                 freesize -= memmap_pages;
5854                                 if (memmap_pages)
5855                                         printk(KERN_DEBUG
5856                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5857                                                zone_names[j], memmap_pages);
5858                         } else
5859                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5860                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5861                 }
5862
5863                 /* Account for reserved pages */
5864                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5865                         freesize -= dma_reserve;
5866                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5867                                         zone_names[0], dma_reserve);
5868                 }
5869
5870                 if (!is_highmem_idx(j))
5871                         nr_kernel_pages += freesize;
5872                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5873                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5874                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5875                 nr_all_pages += freesize;
5876
5877                 /*
5878                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5879                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5880                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5881                  */
5882                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5883 #ifdef CONFIG_NUMA
5884                 zone->node = nid;
5885                 pgdat->min_unmapped_pages += (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5886                                                 / 100;
5887                 pgdat->min_slab_pages += (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5888 #endif
5889                 zone->name = zone_names[j];
5890                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5891                 spin_lock_init(&zone->lock);
5892                 zone_seqlock_init(zone);
5893                 zone_pcp_init(zone);
5894
5895                 if (!size)
5896                         continue;
5897
5898                 set_pageblock_order();
5899                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5900                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5901                 BUG_ON(ret);
5902                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5903         }
5904 }
5905
5906 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5907 {
5908         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5909         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5910
5911         /* Skip empty nodes */
5912         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5913                 return;
5914
5915 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5916         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5917         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5918         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5919         if (!pgdat->node_mem_map) {
5920                 unsigned long size, end;
5921                 struct page *map;
5922
5923                 /*
5924                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5925                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5926                  * for the buddy allocator to function correctly.
5927                  */
5928                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5929                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5930                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5931                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5932                 if (!map)
5933                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5934                                                                pgdat->node_id);
5935                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5936         }
5937 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5938         /*
5939          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5940          */
5941         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5942                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5943 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5944                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5945                         mem_map -= offset;
5946 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5947         }
5948 #endif
5949 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5950 }
5951
5952 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5953                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5954 {
5955         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5956         unsigned long start_pfn = 0;
5957         unsigned long end_pfn = 0;
5958
5959         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5960         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
5961
5962         reset_deferred_meminit(pgdat);
5963         pgdat->node_id = nid;
5964         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5965         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
5966 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5967         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5968         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5969                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5970                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5971 #else
5972         start_pfn = node_start_pfn;
5973 #endif
5974         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5975                                   zones_size, zholes_size);
5976
5977         alloc_node_mem_map(pgdat);
5978 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5979         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5980                 nid, (unsigned long)pgdat,
5981                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5982 #endif
5983
5984         free_area_init_core(pgdat);
5985 }
5986
5987 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5988
5989 #if MAX_NUMNODES > 1
5990 /*
5991  * Figure out the number of possible node ids.
5992  */
5993 void __init setup_nr_node_ids(void)
5994 {
5995         unsigned int highest;
5996
5997         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5998         nr_node_ids = highest + 1;
5999 }
6000 #endif
6001
6002 /**
6003  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6004  *
6005  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6006  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6007  * all the nodes.
6008  *
6009  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6010  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6011  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6012  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6013  *
6014  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6015  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6016  * populated node map.
6017  *
6018  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6019  * requirement (single node).
6020  */
6021 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6022 {
6023         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6024         unsigned long start, end, mask;
6025         int last_nid = -1;
6026         int i, nid;
6027
6028         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6029                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6030                         last_nid = nid;
6031                         last_end = end;
6032                         continue;
6033                 }
6034
6035                 /*
6036                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6037                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6038                  * too coarse to separate the current node from the last.
6039                  */
6040                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6041                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6042                         mask <<= 1;
6043
6044                 /* accumulate all internode masks */
6045                 accl_mask |= mask;
6046         }
6047
6048         /* convert mask to number of pages */
6049         return ~accl_mask + 1;
6050 }
6051
6052 /* Find the lowest pfn for a node */
6053 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6054 {
6055         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6056         unsigned long start_pfn;
6057         int i;
6058
6059         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6060                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6061
6062         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6063                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6064                 return 0;
6065         }
6066
6067         return min_pfn;
6068 }
6069
6070 /**
6071  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6072  *
6073  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6074  * memblock_set_node().
6075  */
6076 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6077 {
6078         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6079 }
6080
6081 /*
6082  * early_calculate_totalpages()
6083  * Sum pages in active regions for movable zone.
6084  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6085  */
6086 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6087 {
6088         unsigned long totalpages = 0;
6089         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6090         int i, nid;
6091
6092         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6093                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6094
6095                 totalpages += pages;
6096                 if (pages)
6097                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6098         }
6099         return totalpages;
6100 }
6101
6102 /*
6103  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6104  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6105  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6106  * others
6107  */
6108 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6109 {
6110         int i, nid;
6111         unsigned long usable_startpfn;
6112         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6113         /* save the state before borrow the nodemask */
6114         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6115         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6116         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6117         struct memblock_region *r;
6118
6119         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6120         find_usable_zone_for_movable();
6121
6122         /*
6123          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6124          * options.
6125          */
6126         if (movable_node_is_enabled()) {
6127                 for_each_memblock(memory, r) {
6128                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6129                                 continue;
6130
6131                         nid = r->nid;
6132
6133                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6134                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6135                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6136                                 usable_startpfn;
6137                 }
6138
6139                 goto out2;
6140         }
6141
6142         /*
6143          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6144          */
6145         if (mirrored_kernelcore) {
6146                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6147
6148                 for_each_memblock(memory, r) {
6149                         if (memblock_is_mirror(r))
6150                                 continue;
6151
6152                         nid = r->nid;
6153
6154                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6155
6156                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6157                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6158                                 continue;
6159                         }
6160
6161                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6162                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6163                                 usable_startpfn;
6164                 }
6165
6166                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6167                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6168
6169                 goto out2;
6170         }
6171
6172         /*
6173          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6174          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6175          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6176          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6177          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6178          * what movablecore would have allowed.
6179          */
6180         if (required_movablecore) {
6181                 unsigned long corepages;
6182
6183                 /*
6184                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6185                  * was requested by the user
6186                  */
6187                 required_movablecore =
6188                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6189                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6190                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6191
6192                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6193         }
6194
6195         /*
6196          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6197          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6198          */
6199         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6200                 goto out;
6201
6202         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6203         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6204
6205 restart:
6206         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6207         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6208         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6209                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6210
6211                 /*
6212                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6213                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6214                  * amount of memory for the kernel
6215                  */
6216                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6217                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6218
6219                 /*
6220                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6221                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6222                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6223                  */
6224                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6225
6226                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6227                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6228                         unsigned long size_pages;
6229
6230                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6231                         if (start_pfn >= end_pfn)
6232                                 continue;
6233
6234                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6235                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6236                                 unsigned long kernel_pages;
6237                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6238                                                                 - start_pfn;
6239
6240                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6241                                                         kernelcore_remaining);
6242                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6243                                                         required_kernelcore);
6244
6245                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6246                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6247
6248                                         /*
6249                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6250                                          * that if we have to rebalance
6251                                          * kernelcore across nodes, we will
6252                                          * not double account here
6253                                          */
6254                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6255                                         continue;
6256                                 }
6257                                 start_pfn = usable_startpfn;
6258                         }
6259
6260                         /*
6261                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6262                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6263                          * number of pages used as kernelcore
6264                          */
6265                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6266                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6267                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6268                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6269
6270                         /*
6271                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6272                          * break if the kernelcore for this node has been
6273                          * satisfied
6274                          */
6275                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6276                                                                 size_pages);
6277                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6278                         if (!kernelcore_remaining)
6279                                 break;
6280                 }
6281         }
6282
6283         /*
6284          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6285          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6286          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6287          * satisfied
6288          */
6289         usable_nodes--;
6290         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6291                 goto restart;
6292
6293 out2:
6294         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6295         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6296                 zone_movable_pfn[nid] =
6297                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6298
6299 out:
6300         /* restore the node_state */
6301         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6302 }
6303
6304 /* Any regular or high memory on that node ? */
6305 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6306 {
6307         enum zone_type zone_type;
6308
6309         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6310                 return;
6311
6312         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6313                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6314                 if (populated_zone(zone)) {
6315                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6316                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6317                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6318                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6319                         break;
6320                 }
6321         }
6322 }
6323
6324 /**
6325  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6326  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6327  *
6328  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6329  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6330  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6331  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6332  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6333  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6334  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6335  * at arch_max_dma_pfn.
6336  */
6337 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6338 {
6339         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6340         int i, nid;
6341
6342         /* Record where the zone boundaries are */
6343         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6344                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6345         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6346                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6347
6348         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6349
6350         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6351                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6352                         continue;
6353
6354                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6355                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6356                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6357
6358                 start_pfn = end_pfn;
6359         }
6360         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6361         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6362
6363         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6364         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6365         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6366
6367         /* Print out the zone ranges */
6368         pr_info("Zone ranges:\n");
6369         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6370                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6371                         continue;
6372                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6373                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6374                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6375                         pr_cont("empty\n");
6376                 else
6377                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6378                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6379                                         << PAGE_SHIFT,
6380                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6381                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6382         }
6383
6384         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6385         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6386         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6387                 if (zone_movable_pfn[i])
6388                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6389                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6390         }
6391
6392         /* Print out the early node map */
6393         pr_info("Early memory node ranges\n");
6394         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6395                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6396                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6397                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6398
6399         /* Initialise every node */
6400         mminit_verify_pageflags_layout();
6401         setup_nr_node_ids();
6402         for_each_online_node(nid) {
6403                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6404                 free_area_init_node(nid, NULL,
6405                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6406
6407                 /* Any memory on that node */
6408                 if (pgdat->node_present_pages)
6409                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6410                 check_for_memory(pgdat, nid);
6411         }
6412 }
6413
6414 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6415 {
6416         unsigned long long coremem;
6417         if (!p)
6418                 return -EINVAL;
6419
6420         coremem = memparse(p, &p);
6421         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6422
6423         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6424         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6425
6426         return 0;
6427 }
6428
6429 /*
6430  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6431  * cannot be reclaimed or migrated.
6432  */
6433 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6434 {
6435         /* parse kernelcore=mirror */
6436         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6437                 mirrored_kernelcore = true;
6438                 return 0;
6439         }
6440
6441         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6442 }
6443
6444 /*
6445  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6446  * can be reclaimed or migrated.
6447  */
6448 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6449 {
6450         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6451 }
6452
6453 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6454 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6455
6456 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6457
6458 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6459 {
6460         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6461         page_zone(page)->managed_pages += count;
6462         totalram_pages += count;
6463 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6464         if (PageHighMem(page))
6465                 totalhigh_pages += count;
6466 #endif
6467         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6468 }
6469 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6470
6471 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6472 {
6473         void *pos;
6474         unsigned long pages = 0;
6475
6476         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6477         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6478         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6479                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6480                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6481                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6482         }
6483
6484         if (pages && s)
6485                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6486                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6487
6488         return pages;
6489 }
6490 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6491
6492 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6493 void free_highmem_page(struct page *page)
6494 {
6495         __free_reserved_page(page);
6496         totalram_pages++;
6497         page_zone(page)->managed_pages++;
6498         totalhigh_pages++;
6499 }
6500 #endif
6501
6502
6503 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6504 {
6505         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6506         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6507
6508         physpages = get_num_physpages();
6509         codesize = _etext - _stext;
6510         datasize = _edata - _sdata;
6511         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6512         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6513         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6514         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6515
6516         /*
6517          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6518          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6519          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6520          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6521          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6522          */
6523 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6524         do { \
6525                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6526                         size -= adj; \
6527         } while (0)
6528
6529         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6530                      _sinittext, init_code_size);
6531         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6532         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6533         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6534         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6535
6536 #undef  adj_init_size
6537
6538         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6539 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6540                 ", %luK highmem"
6541 #endif
6542                 "%s%s)\n",
6543                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6544                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6545                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6546                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6547                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6548                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6549 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6550                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6551 #endif
6552                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6553 }
6554
6555 /**
6556  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6557  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6558  *
6559  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6560  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6561  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6562  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6563  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6564  * smaller per-cpu batchsize.
6565  */
6566 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6567 {
6568         dma_reserve = new_dma_reserve;
6569 }
6570
6571 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6572 {
6573         free_area_init_node(0, zones_size,
6574                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6575 }
6576
6577 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6578                                  unsigned long action, void *hcpu)
6579 {
6580         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6581
6582         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6583                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6584                 drain_pages(cpu);
6585
6586                 /*
6587                  * Spill the event counters of the dead processor
6588                  * into the current processors event counters.
6589                  * This artificially elevates the count of the current
6590                  * processor.
6591                  */
6592                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6593
6594                 /*
6595                  * Zero the differential counters of the dead processor
6596                  * so that the vm statistics are consistent.
6597                  *
6598                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6599                  * race with what we are doing.
6600                  */
6601                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6602         }
6603         return NOTIFY_OK;
6604 }
6605
6606 void __init page_alloc_init(void)
6607 {
6608         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6609 }
6610
6611 /*
6612  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6613  *      or min_free_kbytes changes.
6614  */
6615 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6616 {
6617         struct pglist_data *pgdat;
6618         unsigned long reserve_pages = 0;
6619         enum zone_type i, j;
6620
6621         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6622
6623                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6624
6625                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6626                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6627                         long max = 0;
6628
6629                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6630                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6631                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6632                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6633                         }
6634
6635                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6636                         max += high_wmark_pages(zone);
6637
6638                         if (max > zone->managed_pages)
6639                                 max = zone->managed_pages;
6640
6641                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6642
6643                         reserve_pages += max;
6644                 }
6645         }
6646         totalreserve_pages = reserve_pages;
6647 }
6648
6649 /*
6650  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6651  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6652  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6653  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6654  */
6655 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6656 {
6657         struct pglist_data *pgdat;
6658         enum zone_type j, idx;
6659
6660         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6661                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6662                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6663                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6664
6665                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6666
6667                         idx = j;
6668                         while (idx) {
6669                                 struct zone *lower_zone;
6670
6671                                 idx--;
6672
6673                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6674                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6675
6676                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6677                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6678                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6679                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6680                         }
6681                 }
6682         }
6683
6684         /* update totalreserve_pages */
6685         calculate_totalreserve_pages();
6686 }
6687
6688 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6689 {
6690         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6691         unsigned long lowmem_pages = 0;
6692         struct zone *zone;
6693         unsigned long flags;
6694
6695         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6696         for_each_zone(zone) {
6697                 if (!is_highmem(zone))
6698                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6699         }
6700
6701         for_each_zone(zone) {
6702                 u64 tmp;
6703
6704                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6705                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6706                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6707                 if (is_highmem(zone)) {
6708                         /*
6709                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6710                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6711                          * value here.
6712                          *
6713                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6714                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6715                          * not be capped for highmem.
6716                          */
6717                         unsigned long min_pages;
6718
6719                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6720                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6721                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6722                 } else {
6723                         /*
6724                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6725                          * proportionate to the zone's size.
6726                          */
6727                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6728                 }
6729
6730                 /*
6731                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6732                  * scale factor in proportion to available memory, but
6733                  * ensure a minimum size on small systems.
6734                  */
6735                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6736                             mult_frac(zone->managed_pages,
6737                                       watermark_scale_factor, 10000));
6738
6739                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6740                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6741
6742                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6743         }
6744
6745         /* update totalreserve_pages */
6746         calculate_totalreserve_pages();
6747 }
6748
6749 /**
6750  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6751  * or when memory is hot-{added|removed}
6752  *
6753  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6754  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6755  */
6756 void setup_per_zone_wmarks(void)
6757 {
6758         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6759         __setup_per_zone_wmarks();
6760         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6761 }
6762
6763 /*
6764  * Initialise min_free_kbytes.
6765  *
6766  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6767  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6768  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6769  *
6770  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6771  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6772  *
6773  * which yields
6774  *
6775  * 16MB:        512k
6776  * 32MB:        724k
6777  * 64MB:        1024k
6778  * 128MB:       1448k
6779  * 256MB:       2048k
6780  * 512MB:       2896k
6781  * 1024MB:      4096k
6782  * 2048MB:      5792k
6783  * 4096MB:      8192k
6784  * 8192MB:      11584k
6785  * 16384MB:     16384k
6786  */
6787 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6788 {
6789         unsigned long lowmem_kbytes;
6790         int new_min_free_kbytes;
6791
6792         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6793         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6794
6795         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6796                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6797                 if (min_free_kbytes < 128)
6798                         min_free_kbytes = 128;
6799                 if (min_free_kbytes > 65536)
6800                         min_free_kbytes = 65536;
6801         } else {
6802                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6803                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6804         }
6805         setup_per_zone_wmarks();
6806         refresh_zone_stat_thresholds();
6807         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6808         return 0;
6809 }
6810 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6811
6812 /*
6813  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6814  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6815  *      changes.
6816  */
6817 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6818         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6819 {
6820         int rc;
6821
6822         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6823         if (rc)
6824                 return rc;
6825
6826         if (write) {
6827                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6828                 setup_per_zone_wmarks();
6829         }
6830         return 0;
6831 }
6832
6833 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6834         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6835 {
6836         int rc;
6837
6838         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6839         if (rc)
6840                 return rc;
6841
6842         if (write)
6843                 setup_per_zone_wmarks();
6844
6845         return 0;
6846 }
6847
6848 #ifdef CONFIG_NUMA
6849 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6850         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6851 {
6852         struct pglist_data *pgdat;
6853         struct zone *zone;
6854         int rc;
6855
6856         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6857         if (rc)
6858                 return rc;
6859
6860         for_each_online_pgdat(pgdat)
6861                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6862
6863         for_each_zone(zone)
6864                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
6865                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6866         return 0;
6867 }
6868
6869 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6870         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6871 {
6872         struct pglist_data *pgdat;
6873         struct zone *zone;
6874         int rc;
6875
6876         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6877         if (rc)
6878                 return rc;
6879
6880         for_each_online_pgdat(pgdat)
6881                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6882
6883         for_each_zone(zone)
6884                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
6885                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6886         return 0;
6887 }
6888 #endif
6889
6890 /*
6891  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6892  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6893  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6894  *
6895  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6896  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6897  * if in function of the boot time zone sizes.
6898  */
6899 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6900         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6901 {
6902         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6903         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6904         return 0;
6905 }
6906
6907 /*
6908  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6909  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6910  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6911  */
6912 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6913         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6914 {
6915         struct zone *zone;
6916         int old_percpu_pagelist_fraction;
6917         int ret;
6918
6919         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6920         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6921
6922         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6923         if (!write || ret < 0)
6924                 goto out;
6925
6926         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6927         if (percpu_pagelist_fraction &&
6928             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6929                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6930                 ret = -EINVAL;
6931                 goto out;
6932         }
6933
6934         /* No change? */
6935         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6936                 goto out;
6937
6938         for_each_populated_zone(zone) {
6939                 unsigned int cpu;
6940
6941                 for_each_possible_cpu(cpu)
6942                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6943                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6944         }
6945 out:
6946         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6947         return ret;
6948 }
6949
6950 #ifdef CONFIG_NUMA
6951 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6952
6953 static int __init set_hashdist(char *str)
6954 {
6955         if (!str)
6956                 return 0;
6957         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6958         return 1;
6959 }
6960 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6961 #endif
6962
6963 /*
6964  * allocate a large system hash table from bootmem
6965  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6966  *   quantity of entries
6967  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6968  */
6969 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6970                                      unsigned long bucketsize,
6971                                      unsigned long numentries,
6972                                      int scale,
6973                                      int flags,
6974                                      unsigned int *_hash_shift,
6975                                      unsigned int *_hash_mask,
6976                                      unsigned long low_limit,
6977                                      unsigned long high_limit)
6978 {
6979         unsigned long long max = high_limit;
6980         unsigned long log2qty, size;
6981         void *table = NULL;
6982
6983         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6984         if (!numentries) {
6985                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6986                 numentries = nr_kernel_pages;
6987
6988                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6989                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6990                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6991
6992                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6993                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6994                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6995                 else
6996                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6997
6998                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6999                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7000                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7001                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7002                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7003                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7004                                 BUG_ON(!numentries);
7005                         }
7006                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7007                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7008         }
7009         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7010
7011         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7012         if (max == 0) {
7013                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7014                 do_div(max, bucketsize);
7015         }
7016         max = min(max, 0x80000000ULL);
7017
7018         if (numentries < low_limit)
7019                 numentries = low_limit;
7020         if (numentries > max)
7021                 numentries = max;
7022
7023         log2qty = ilog2(numentries);
7024
7025         do {
7026                 size = bucketsize << log2qty;
7027                 if (flags & HASH_EARLY)
7028                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7029                 else if (hashdist)
7030                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7031                 else {
7032                         /*
7033                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7034                          * some pages at the end of hash table which
7035                          * alloc_pages_exact() automatically does
7036                          */
7037                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7038                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7039                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7040                         }
7041                 }
7042         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7043
7044         if (!table)
7045                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7046
7047         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7048                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7049
7050         if (_hash_shift)
7051                 *_hash_shift = log2qty;
7052         if (_hash_mask)
7053                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7054
7055         return table;
7056 }
7057
7058 /*
7059  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7060  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7061  *
7062  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7063  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7064  * expect this function should be exact.
7065  */
7066 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7067                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7068 {
7069         unsigned long pfn, iter, found;
7070         int mt;
7071
7072         /*
7073          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7074          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7075          */
7076         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7077                 return false;
7078         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7079         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7080                 return false;
7081
7082         pfn = page_to_pfn(page);
7083         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7084                 unsigned long check = pfn + iter;
7085
7086                 if (!pfn_valid_within(check))
7087                         continue;
7088
7089                 page = pfn_to_page(check);
7090
7091                 /*
7092                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7093                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7094                  * handle each tail page individually in migration.
7095                  */
7096                 if (PageHuge(page)) {
7097                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7098                         continue;
7099                 }
7100
7101                 /*
7102                  * We can't use page_count without pin a page
7103                  * because another CPU can free compound page.
7104                  * This check already skips compound tails of THP
7105                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7106                  */
7107                 if (!page_ref_count(page)) {
7108                         if (PageBuddy(page))
7109                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7110                         continue;
7111                 }
7112
7113                 /*
7114                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7115                  * page_count() is not 0.
7116                  */
7117                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7118                         continue;
7119
7120                 if (!PageLRU(page))
7121                         found++;
7122                 /*
7123                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7124                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7125                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7126                  */
7127                 /*
7128                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7129                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7130                  *
7131                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7132                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7133                  * page at boot.
7134                  */
7135                 if (found > count)
7136                         return true;
7137         }
7138         return false;
7139 }
7140
7141 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7142 {
7143         struct zone *zone;
7144         unsigned long pfn;
7145
7146         /*
7147          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7148          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7149          * the zone but still within the section.
7150          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7151          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7152          */
7153         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7154                 return false;
7155
7156         zone = page_zone(page);
7157         pfn = page_to_pfn(page);
7158         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7159                 return false;
7160
7161         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7162 }
7163
7164 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7165
7166 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7167 {
7168         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7169                              pageblock_nr_pages) - 1);
7170 }
7171
7172 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7173 {
7174         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7175                                 pageblock_nr_pages));
7176 }
7177
7178 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7179 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7180                                         unsigned long start, unsigned long end)
7181 {
7182         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7183         unsigned long nr_reclaimed;
7184         unsigned long pfn = start;
7185         unsigned int tries = 0;
7186         int ret = 0;
7187
7188         migrate_prep();
7189
7190         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7191                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7192                         ret = -EINTR;
7193                         break;
7194                 }
7195
7196                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7197                         cc->nr_migratepages = 0;
7198                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7199                         if (!pfn) {
7200                                 ret = -EINTR;
7201                                 break;
7202                         }
7203                         tries = 0;
7204                 } else if (++tries == 5) {
7205                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7206                         break;
7207                 }
7208
7209                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7210                                                         &cc->migratepages);
7211                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7212
7213                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7214                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7215         }
7216         if (ret < 0) {
7217                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7218                 return ret;
7219         }
7220         return 0;
7221 }
7222
7223 /**
7224  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7225  * @start:      start PFN to allocate
7226  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7227  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7228  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7229  *                      in range must have the same migratetype and it must
7230  *                      be either of the two.
7231  *
7232  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7233  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7234  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7235  * pages fall in.
7236  *
7237  * The PFN range must belong to a single zone.
7238  *
7239  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7240  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7241  * need to be freed with free_contig_range().
7242  */
7243 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7244                        unsigned migratetype)
7245 {
7246         unsigned long outer_start, outer_end;
7247         unsigned int order;
7248         int ret = 0;
7249
7250         struct compact_control cc = {
7251                 .nr_migratepages = 0,
7252                 .order = -1,
7253                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7254                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7255                 .ignore_skip_hint = true,
7256         };
7257         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7258
7259         /*
7260          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7261          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7262          * have different sizes, and due to the way page allocator
7263          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7264          * that page allocator won't try to merge buddies from
7265          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7266          * other migration type.
7267          *
7268          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7269          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7270          * we are interested in).  This will put all the pages in
7271          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7272          *
7273          * When this is done, we take the pages in range from page
7274          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7275          * page allocator will never consider using them.
7276          *
7277          * This lets us mark the pageblocks back as
7278          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7279          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7280          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7281          */
7282
7283         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7284                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7285                                        false);
7286         if (ret)
7287                 return ret;
7288
7289         /*
7290          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7291          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7292          */
7293         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7294         if (ret && ret != -EBUSY)
7295                 goto done;
7296
7297         /*
7298          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7299          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7300          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7301          * What we are going to do is to allocate all pages from
7302          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7303          *
7304          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7305          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7306          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7307          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7308          * once this is done free the pages we are not interested in.
7309          *
7310          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7311          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7312          */
7313
7314         lru_add_drain_all();
7315         drain_all_pages(cc.zone);
7316
7317         order = 0;
7318         outer_start = start;
7319         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7320                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7321                         outer_start = start;
7322                         break;
7323                 }
7324                 outer_start &= ~0UL << order;
7325         }
7326
7327         if (outer_start != start) {
7328                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7329
7330                 /*
7331                  * outer_start page could be small order buddy page and
7332                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7333                  * in this case to report failed page properly
7334                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7335                  */
7336                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7337                         outer_start = start;
7338         }
7339
7340         /* Make sure the range is really isolated. */
7341         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7342                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7343                         __func__, outer_start, end);
7344                 ret = -EBUSY;
7345                 goto done;
7346         }
7347
7348         /* Grab isolated pages from freelists. */
7349         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7350         if (!outer_end) {
7351                 ret = -EBUSY;
7352                 goto done;
7353         }
7354
7355         /* Free head and tail (if any) */
7356         if (start != outer_start)
7357                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7358         if (end != outer_end)
7359                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7360
7361 done:
7362         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7363                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7364         return ret;
7365 }
7366
7367 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7368 {
7369         unsigned int count = 0;
7370
7371         for (; nr_pages--; pfn++) {
7372                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7373
7374                 count += page_count(page) != 1;
7375                 __free_page(page);
7376         }
7377         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7378 }
7379 #endif
7380
7381 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7382 /*
7383  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7384  * page high values need to be recalulated.
7385  */
7386 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7387 {
7388         unsigned cpu;
7389         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7390         for_each_possible_cpu(cpu)
7391                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7392                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7393         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7394 }
7395 #endif
7396
7397 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7398 {
7399         unsigned long flags;
7400         int cpu;
7401         struct per_cpu_pageset *pset;
7402
7403         /* avoid races with drain_pages()  */
7404         local_irq_save(flags);
7405         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7406                 for_each_online_cpu(cpu) {
7407                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7408                         drain_zonestat(zone, pset);
7409                 }
7410                 free_percpu(zone->pageset);
7411                 zone->pageset = &boot_pageset;
7412         }
7413         local_irq_restore(flags);
7414 }
7415
7416 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7417 /*
7418  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7419  * before calling this.
7420  */
7421 void
7422 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7423 {
7424         struct page *page;
7425         struct zone *zone;
7426         unsigned int order, i;
7427         unsigned long pfn;
7428         unsigned long flags;
7429         /* find the first valid pfn */
7430         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7431                 if (pfn_valid(pfn))
7432                         break;
7433         if (pfn == end_pfn)
7434                 return;
7435         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7436         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7437         pfn = start_pfn;
7438         while (pfn < end_pfn) {
7439                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7440                         pfn++;
7441                         continue;
7442                 }
7443                 page = pfn_to_page(pfn);
7444                 /*
7445                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7446                  * page_count() is not 0.
7447                  */
7448                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7449                         pfn++;
7450                         SetPageReserved(page);
7451                         continue;
7452                 }
7453
7454                 BUG_ON(page_count(page));
7455                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7456                 order = page_order(page);
7457 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7458                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7459                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7460 #endif
7461                 list_del(&page->lru);
7462                 rmv_page_order(page);
7463                 zone->free_area[order].nr_free--;
7464                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7465                         SetPageReserved((page+i));
7466                 pfn += (1 << order);
7467         }
7468         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7469 }
7470 #endif
7471
7472 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7473 {
7474         struct zone *zone = page_zone(page);
7475         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7476         unsigned long flags;
7477         unsigned int order;
7478
7479         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7480         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7481                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7482
7483                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7484                         break;
7485         }
7486         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7487
7488         return order < MAX_ORDER;
7489 }