2d3a8c924a58b0ee63b757ab121d61f49e66e915
[platform/kernel/linux-rpi.git] / include / linux / mmzone.h
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
2 #ifndef _LINUX_MMZONE_H
3 #define _LINUX_MMZONE_H
4
5 #ifndef __ASSEMBLY__
6 #ifndef __GENERATING_BOUNDS_H
7
8 #include <linux/spinlock.h>
9 #include <linux/list.h>
10 #include <linux/wait.h>
11 #include <linux/bitops.h>
12 #include <linux/cache.h>
13 #include <linux/threads.h>
14 #include <linux/numa.h>
15 #include <linux/init.h>
16 #include <linux/seqlock.h>
17 #include <linux/nodemask.h>
18 #include <linux/pageblock-flags.h>
19 #include <linux/page-flags-layout.h>
20 #include <linux/atomic.h>
21 #include <linux/mm_types.h>
22 #include <linux/page-flags.h>
23 #include <asm/page.h>
24
25 /* Free memory management - zoned buddy allocator.  */
26 #ifndef CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
27 #define MAX_ORDER 11
28 #else
29 #define MAX_ORDER CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
30 #endif
31 #define MAX_ORDER_NR_PAGES (1 << (MAX_ORDER - 1))
32
33 /*
34  * PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER is the order at which allocations are deemed
35  * costly to service.  That is between allocation orders which should
36  * coalesce naturally under reasonable reclaim pressure and those which
37  * will not.
38  */
39 #define PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER 3
40
41 enum migratetype {
42         MIGRATE_UNMOVABLE,
43         MIGRATE_MOVABLE,
44         MIGRATE_RECLAIMABLE,
45         MIGRATE_PCPTYPES,       /* the number of types on the pcp lists */
46         MIGRATE_HIGHATOMIC = MIGRATE_PCPTYPES,
47 #ifdef CONFIG_CMA
48         /*
49          * MIGRATE_CMA migration type is designed to mimic the way
50          * ZONE_MOVABLE works.  Only movable pages can be allocated
51          * from MIGRATE_CMA pageblocks and page allocator never
52          * implicitly change migration type of MIGRATE_CMA pageblock.
53          *
54          * The way to use it is to change migratetype of a range of
55          * pageblocks to MIGRATE_CMA which can be done by
56          * __free_pageblock_cma() function.  What is important though
57          * is that a range of pageblocks must be aligned to
58          * MAX_ORDER_NR_PAGES should biggest page be bigger then
59          * a single pageblock.
60          */
61         MIGRATE_CMA,
62 #endif
63 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
64         MIGRATE_ISOLATE,        /* can't allocate from here */
65 #endif
66         MIGRATE_TYPES
67 };
68
69 /* In mm/page_alloc.c; keep in sync also with show_migration_types() there */
70 extern const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES];
71
72 #ifdef CONFIG_CMA
73 #  define is_migrate_cma(migratetype) unlikely((migratetype) == MIGRATE_CMA)
74 #  define is_migrate_cma_page(_page) (get_pageblock_migratetype(_page) == MIGRATE_CMA)
75 #else
76 #  define is_migrate_cma(migratetype) false
77 #  define is_migrate_cma_page(_page) false
78 #endif
79
80 static inline bool is_migrate_movable(int mt)
81 {
82         return is_migrate_cma(mt) || mt == MIGRATE_MOVABLE;
83 }
84
85 #define for_each_migratetype_order(order, type) \
86         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) \
87                 for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++)
88
89 extern int page_group_by_mobility_disabled;
90
91 #define NR_MIGRATETYPE_BITS (PB_migrate_end - PB_migrate + 1)
92 #define MIGRATETYPE_MASK ((1UL << NR_MIGRATETYPE_BITS) - 1)
93
94 #define get_pageblock_migratetype(page)                                 \
95         get_pfnblock_flags_mask(page, page_to_pfn(page),                \
96                         PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK)
97
98 struct free_area {
99         struct list_head        free_list[MIGRATE_TYPES];
100         unsigned long           nr_free;
101 };
102
103 /* Used for pages not on another list */
104 static inline void add_to_free_area(struct page *page, struct free_area *area,
105                              int migratetype)
106 {
107         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
108         area->nr_free++;
109 }
110
111 /* Used for pages not on another list */
112 static inline void add_to_free_area_tail(struct page *page, struct free_area *area,
113                                   int migratetype)
114 {
115         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
116         area->nr_free++;
117 }
118
119 #ifdef CONFIG_SHUFFLE_PAGE_ALLOCATOR
120 /* Used to preserve page allocation order entropy */
121 void add_to_free_area_random(struct page *page, struct free_area *area,
122                 int migratetype);
123 #else
124 static inline void add_to_free_area_random(struct page *page,
125                 struct free_area *area, int migratetype)
126 {
127         add_to_free_area(page, area, migratetype);
128 }
129 #endif
130
131 /* Used for pages which are on another list */
132 static inline void move_to_free_area(struct page *page, struct free_area *area,
133                              int migratetype)
134 {
135         list_move(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
136 }
137
138 static inline struct page *get_page_from_free_area(struct free_area *area,
139                                             int migratetype)
140 {
141         return list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
142                                         struct page, lru);
143 }
144
145 static inline void del_page_from_free_area(struct page *page,
146                 struct free_area *area)
147 {
148         list_del(&page->lru);
149         __ClearPageBuddy(page);
150         set_page_private(page, 0);
151         area->nr_free--;
152 }
153
154 static inline bool free_area_empty(struct free_area *area, int migratetype)
155 {
156         return list_empty(&area->free_list[migratetype]);
157 }
158
159 struct pglist_data;
160
161 /*
162  * zone->lock and the zone lru_lock are two of the hottest locks in the kernel.
163  * So add a wild amount of padding here to ensure that they fall into separate
164  * cachelines.  There are very few zone structures in the machine, so space
165  * consumption is not a concern here.
166  */
167 #if defined(CONFIG_SMP)
168 struct zone_padding {
169         char x[0];
170 } ____cacheline_internodealigned_in_smp;
171 #define ZONE_PADDING(name)      struct zone_padding name;
172 #else
173 #define ZONE_PADDING(name)
174 #endif
175
176 #ifdef CONFIG_NUMA
177 enum numa_stat_item {
178         NUMA_HIT,               /* allocated in intended node */
179         NUMA_MISS,              /* allocated in non intended node */
180         NUMA_FOREIGN,           /* was intended here, hit elsewhere */
181         NUMA_INTERLEAVE_HIT,    /* interleaver preferred this zone */
182         NUMA_LOCAL,             /* allocation from local node */
183         NUMA_OTHER,             /* allocation from other node */
184         NR_VM_NUMA_STAT_ITEMS
185 };
186 #else
187 #define NR_VM_NUMA_STAT_ITEMS 0
188 #endif
189
190 enum zone_stat_item {
191         /* First 128 byte cacheline (assuming 64 bit words) */
192         NR_FREE_PAGES,
193         NR_ZONE_LRU_BASE, /* Used only for compaction and reclaim retry */
194         NR_ZONE_INACTIVE_ANON = NR_ZONE_LRU_BASE,
195         NR_ZONE_ACTIVE_ANON,
196         NR_ZONE_INACTIVE_FILE,
197         NR_ZONE_ACTIVE_FILE,
198         NR_ZONE_UNEVICTABLE,
199         NR_ZONE_WRITE_PENDING,  /* Count of dirty, writeback and unstable pages */
200         NR_MLOCK,               /* mlock()ed pages found and moved off LRU */
201         NR_PAGETABLE,           /* used for pagetables */
202         NR_KERNEL_STACK_KB,     /* measured in KiB */
203         /* Second 128 byte cacheline */
204         NR_BOUNCE,
205 #if IS_ENABLED(CONFIG_ZSMALLOC)
206         NR_ZSPAGES,             /* allocated in zsmalloc */
207 #endif
208         NR_FREE_CMA_PAGES,
209         NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS };
210
211 enum node_stat_item {
212         NR_LRU_BASE,
213         NR_INACTIVE_ANON = NR_LRU_BASE, /* must match order of LRU_[IN]ACTIVE */
214         NR_ACTIVE_ANON,         /*  "     "     "   "       "         */
215         NR_INACTIVE_FILE,       /*  "     "     "   "       "         */
216         NR_ACTIVE_FILE,         /*  "     "     "   "       "         */
217         NR_UNEVICTABLE,         /*  "     "     "   "       "         */
218         NR_SLAB_RECLAIMABLE,
219         NR_SLAB_UNRECLAIMABLE,
220         NR_ISOLATED_ANON,       /* Temporary isolated pages from anon lru */
221         NR_ISOLATED_FILE,       /* Temporary isolated pages from file lru */
222         WORKINGSET_NODES,
223         WORKINGSET_REFAULT,
224         WORKINGSET_ACTIVATE,
225         WORKINGSET_RESTORE,
226         WORKINGSET_NODERECLAIM,
227         NR_ANON_MAPPED, /* Mapped anonymous pages */
228         NR_FILE_MAPPED, /* pagecache pages mapped into pagetables.
229                            only modified from process context */
230         NR_FILE_PAGES,
231         NR_FILE_DIRTY,
232         NR_WRITEBACK,
233         NR_WRITEBACK_TEMP,      /* Writeback using temporary buffers */
234         NR_SHMEM,               /* shmem pages (included tmpfs/GEM pages) */
235         NR_SHMEM_THPS,
236         NR_SHMEM_PMDMAPPED,
237         NR_FILE_THPS,
238         NR_FILE_PMDMAPPED,
239         NR_ANON_THPS,
240         NR_UNSTABLE_NFS,        /* NFS unstable pages */
241         NR_VMSCAN_WRITE,
242         NR_VMSCAN_IMMEDIATE,    /* Prioritise for reclaim when writeback ends */
243         NR_DIRTIED,             /* page dirtyings since bootup */
244         NR_WRITTEN,             /* page writings since bootup */
245         NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE,     /* reclaimable non-slab kernel pages */
246         NR_VM_NODE_STAT_ITEMS
247 };
248
249 /*
250  * We do arithmetic on the LRU lists in various places in the code,
251  * so it is important to keep the active lists LRU_ACTIVE higher in
252  * the array than the corresponding inactive lists, and to keep
253  * the *_FILE lists LRU_FILE higher than the corresponding _ANON lists.
254  *
255  * This has to be kept in sync with the statistics in zone_stat_item
256  * above and the descriptions in vmstat_text in mm/vmstat.c
257  */
258 #define LRU_BASE 0
259 #define LRU_ACTIVE 1
260 #define LRU_FILE 2
261
262 enum lru_list {
263         LRU_INACTIVE_ANON = LRU_BASE,
264         LRU_ACTIVE_ANON = LRU_BASE + LRU_ACTIVE,
265         LRU_INACTIVE_FILE = LRU_BASE + LRU_FILE,
266         LRU_ACTIVE_FILE = LRU_BASE + LRU_FILE + LRU_ACTIVE,
267         LRU_UNEVICTABLE,
268         NR_LRU_LISTS
269 };
270
271 #define for_each_lru(lru) for (lru = 0; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
272
273 #define for_each_evictable_lru(lru) for (lru = 0; lru <= LRU_ACTIVE_FILE; lru++)
274
275 static inline bool is_file_lru(enum lru_list lru)
276 {
277         return (lru == LRU_INACTIVE_FILE || lru == LRU_ACTIVE_FILE);
278 }
279
280 static inline bool is_active_lru(enum lru_list lru)
281 {
282         return (lru == LRU_ACTIVE_ANON || lru == LRU_ACTIVE_FILE);
283 }
284
285 #define ANON_AND_FILE 2
286
287 struct zone_reclaim_stat {
288         /*
289          * The pageout code in vmscan.c keeps track of how many of the
290          * mem/swap backed and file backed pages are referenced.
291          * The higher the rotated/scanned ratio, the more valuable
292          * that cache is.
293          *
294          * The anon LRU stats live in [0], file LRU stats in [1]
295          */
296         unsigned long           recent_rotated[2];
297         unsigned long           recent_scanned[2];
298 };
299
300 enum lruvec_flags {
301         LRUVEC_CONGESTED,               /* lruvec has many dirty pages
302                                          * backed by a congested BDI
303                                          */
304 };
305
306 #endif /* !__GENERATING_BOUNDS_H */
307
308 /*
309  * Evictable pages are divided into multiple generations. The youngest and the
310  * oldest generation numbers, max_seq and min_seq, are monotonically increasing.
311  * They form a sliding window of a variable size [MIN_NR_GENS, MAX_NR_GENS]. An
312  * offset within MAX_NR_GENS, i.e., gen, indexes the LRU list of the
313  * corresponding generation. The gen counter in page->flags stores gen+1 while
314  * a page is on one of lrugen->lists[]. Otherwise it stores 0.
315  *
316  * A page is added to the youngest generation on faulting. The aging needs to
317  * check the accessed bit at least twice before handing this page over to the
318  * eviction. The first check takes care of the accessed bit set on the initial
319  * fault; the second check makes sure this page hasn't been used since then.
320  * This process, AKA second chance, requires a minimum of two generations,
321  * hence MIN_NR_GENS. And to maintain ABI compatibility with the active/inactive
322  * LRU, e.g., /proc/vmstat, these two generations are considered active; the
323  * rest of generations, if they exist, are considered inactive. See
324  * lru_gen_is_active().
325  *
326  * PG_active is always cleared while a page is on one of lrugen->lists[] so that
327  * the aging needs not to worry about it. And it's set again when a page
328  * considered active is isolated for non-reclaiming purposes, e.g., migration.
329  * See lru_gen_add_page() and lru_gen_del_page().
330  *
331  * MAX_NR_GENS is set to 4 so that the multi-gen LRU can support twice the
332  * number of categories of the active/inactive LRU when keeping track of
333  * accesses through page tables. This requires order_base_2(MAX_NR_GENS+1) bits
334  * in page->flags.
335  */
336 #define MIN_NR_GENS             2U
337 #define MAX_NR_GENS             4U
338
339 #ifndef __GENERATING_BOUNDS_H
340
341 struct lruvec;
342
343 #define LRU_GEN_MASK            ((BIT(LRU_GEN_WIDTH) - 1) << LRU_GEN_PGOFF)
344 #define LRU_REFS_MASK           ((BIT(LRU_REFS_WIDTH) - 1) << LRU_REFS_PGOFF)
345
346 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
347
348 enum {
349         LRU_GEN_ANON,
350         LRU_GEN_FILE,
351 };
352
353 /*
354  * The youngest generation number is stored in max_seq for both anon and file
355  * types as they are aged on an equal footing. The oldest generation numbers are
356  * stored in min_seq[] separately for anon and file types as clean file pages
357  * can be evicted regardless of swap constraints.
358  *
359  * Normally anon and file min_seq are in sync. But if swapping is constrained,
360  * e.g., out of swap space, file min_seq is allowed to advance and leave anon
361  * min_seq behind.
362  *
363  * The number of pages in each generation is eventually consistent and therefore
364  * can be transiently negative.
365  */
366 struct lru_gen_struct {
367         /* the aging increments the youngest generation number */
368         unsigned long max_seq;
369         /* the eviction increments the oldest generation numbers */
370         unsigned long min_seq[ANON_AND_FILE];
371         /* the multi-gen LRU lists, lazily sorted on eviction */
372         struct list_head lists[MAX_NR_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_ZONES];
373         /* the multi-gen LRU sizes, eventually consistent */
374         long nr_pages[MAX_NR_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_ZONES];
375 };
376
377 void lru_gen_init_lruvec(struct lruvec *lruvec);
378
379 #ifdef CONFIG_MEMCG
380 void lru_gen_init_memcg(struct mem_cgroup *memcg);
381 void lru_gen_exit_memcg(struct mem_cgroup *memcg);
382 #endif
383
384 #else /* !CONFIG_LRU_GEN */
385
386 static inline void lru_gen_init_lruvec(struct lruvec *lruvec)
387 {
388 }
389
390 #ifdef CONFIG_MEMCG
391 static inline void lru_gen_init_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
392 {
393 }
394
395 static inline void lru_gen_exit_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
396 {
397 }
398 #endif
399
400 #endif /* CONFIG_LRU_GEN */
401
402 struct lruvec {
403         struct list_head                lists[NR_LRU_LISTS];
404         struct zone_reclaim_stat        reclaim_stat;
405         /* Evictions & activations on the inactive file list */
406         atomic_long_t                   inactive_age;
407         /* Refaults at the time of last reclaim cycle */
408         unsigned long                   refaults;
409         /* Various lruvec state flags (enum lruvec_flags) */
410         unsigned long                   flags;
411 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
412         /* evictable pages divided into generations */
413         struct lru_gen_struct           lrugen;
414 #endif
415 #ifdef CONFIG_MEMCG
416         struct pglist_data *pgdat;
417 #endif
418 };
419
420 /* Isolate unmapped file */
421 #define ISOLATE_UNMAPPED        ((__force isolate_mode_t)0x2)
422 /* Isolate for asynchronous migration */
423 #define ISOLATE_ASYNC_MIGRATE   ((__force isolate_mode_t)0x4)
424 /* Isolate unevictable pages */
425 #define ISOLATE_UNEVICTABLE     ((__force isolate_mode_t)0x8)
426
427 /* LRU Isolation modes. */
428 typedef unsigned __bitwise isolate_mode_t;
429
430 enum zone_watermarks {
431         WMARK_MIN,
432         WMARK_LOW,
433         WMARK_HIGH,
434         NR_WMARK
435 };
436
437 #define min_wmark_pages(z) (z->_watermark[WMARK_MIN] + z->watermark_boost)
438 #define low_wmark_pages(z) (z->_watermark[WMARK_LOW] + z->watermark_boost)
439 #define high_wmark_pages(z) (z->_watermark[WMARK_HIGH] + z->watermark_boost)
440 #define wmark_pages(z, i) (z->_watermark[i] + z->watermark_boost)
441
442 struct per_cpu_pages {
443         int count;              /* number of pages in the list */
444         int high;               /* high watermark, emptying needed */
445         int batch;              /* chunk size for buddy add/remove */
446
447         /* Lists of pages, one per migrate type stored on the pcp-lists */
448         struct list_head lists[MIGRATE_PCPTYPES];
449 };
450
451 struct per_cpu_pageset {
452         struct per_cpu_pages pcp;
453 #ifdef CONFIG_NUMA
454         s8 expire;
455         u16 vm_numa_stat_diff[NR_VM_NUMA_STAT_ITEMS];
456 #endif
457 #ifdef CONFIG_SMP
458         s8 stat_threshold;
459         s8 vm_stat_diff[NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS];
460 #endif
461 };
462
463 struct per_cpu_nodestat {
464         s8 stat_threshold;
465         s8 vm_node_stat_diff[NR_VM_NODE_STAT_ITEMS];
466 };
467
468 #endif /* !__GENERATING_BOUNDS.H */
469
470 enum zone_type {
471         /*
472          * ZONE_DMA and ZONE_DMA32 are used when there are peripherals not able
473          * to DMA to all of the addressable memory (ZONE_NORMAL).
474          * On architectures where this area covers the whole 32 bit address
475          * space ZONE_DMA32 is used. ZONE_DMA is left for the ones with smaller
476          * DMA addressing constraints. This distinction is important as a 32bit
477          * DMA mask is assumed when ZONE_DMA32 is defined. Some 64-bit
478          * platforms may need both zones as they support peripherals with
479          * different DMA addressing limitations.
480          *
481          * Some examples:
482          *
483          *  - i386 and x86_64 have a fixed 16M ZONE_DMA and ZONE_DMA32 for the
484          *    rest of the lower 4G.
485          *
486          *  - arm only uses ZONE_DMA, the size, up to 4G, may vary depending on
487          *    the specific device.
488          *
489          *  - arm64 has a fixed 1G ZONE_DMA and ZONE_DMA32 for the rest of the
490          *    lower 4G.
491          *
492          *  - powerpc only uses ZONE_DMA, the size, up to 2G, may vary
493          *    depending on the specific device.
494          *
495          *  - s390 uses ZONE_DMA fixed to the lower 2G.
496          *
497          *  - ia64 and riscv only use ZONE_DMA32.
498          *
499          *  - parisc uses neither.
500          */
501 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
502         ZONE_DMA,
503 #endif
504 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
505         ZONE_DMA32,
506 #endif
507         /*
508          * Normal addressable memory is in ZONE_NORMAL. DMA operations can be
509          * performed on pages in ZONE_NORMAL if the DMA devices support
510          * transfers to all addressable memory.
511          */
512         ZONE_NORMAL,
513 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
514         /*
515          * A memory area that is only addressable by the kernel through
516          * mapping portions into its own address space. This is for example
517          * used by i386 to allow the kernel to address the memory beyond
518          * 900MB. The kernel will set up special mappings (page
519          * table entries on i386) for each page that the kernel needs to
520          * access.
521          */
522         ZONE_HIGHMEM,
523 #endif
524         ZONE_MOVABLE,
525 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
526         ZONE_DEVICE,
527 #endif
528         __MAX_NR_ZONES
529
530 };
531
532 #ifndef __GENERATING_BOUNDS_H
533
534 #define ASYNC_AND_SYNC 2
535
536 struct zone {
537         /* Read-mostly fields */
538
539         /* zone watermarks, access with *_wmark_pages(zone) macros */
540         unsigned long _watermark[NR_WMARK];
541         unsigned long watermark_boost;
542
543         unsigned long nr_reserved_highatomic;
544
545         /*
546          * We don't know if the memory that we're going to allocate will be
547          * freeable or/and it will be released eventually, so to avoid totally
548          * wasting several GB of ram we must reserve some of the lower zone
549          * memory (otherwise we risk to run OOM on the lower zones despite
550          * there being tons of freeable ram on the higher zones).  This array is
551          * recalculated at runtime if the sysctl_lowmem_reserve_ratio sysctl
552          * changes.
553          */
554         long lowmem_reserve[MAX_NR_ZONES];
555
556 #ifdef CONFIG_NUMA
557         int node;
558 #endif
559         struct pglist_data      *zone_pgdat;
560         struct per_cpu_pageset __percpu *pageset;
561
562 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
563         /*
564          * Flags for a pageblock_nr_pages block. See pageblock-flags.h.
565          * In SPARSEMEM, this map is stored in struct mem_section
566          */
567         unsigned long           *pageblock_flags;
568 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
569
570         /* zone_start_pfn == zone_start_paddr >> PAGE_SHIFT */
571         unsigned long           zone_start_pfn;
572
573         /*
574          * spanned_pages is the total pages spanned by the zone, including
575          * holes, which is calculated as:
576          *      spanned_pages = zone_end_pfn - zone_start_pfn;
577          *
578          * present_pages is physical pages existing within the zone, which
579          * is calculated as:
580          *      present_pages = spanned_pages - absent_pages(pages in holes);
581          *
582          * managed_pages is present pages managed by the buddy system, which
583          * is calculated as (reserved_pages includes pages allocated by the
584          * bootmem allocator):
585          *      managed_pages = present_pages - reserved_pages;
586          *
587          * So present_pages may be used by memory hotplug or memory power
588          * management logic to figure out unmanaged pages by checking
589          * (present_pages - managed_pages). And managed_pages should be used
590          * by page allocator and vm scanner to calculate all kinds of watermarks
591          * and thresholds.
592          *
593          * Locking rules:
594          *
595          * zone_start_pfn and spanned_pages are protected by span_seqlock.
596          * It is a seqlock because it has to be read outside of zone->lock,
597          * and it is done in the main allocator path.  But, it is written
598          * quite infrequently.
599          *
600          * The span_seq lock is declared along with zone->lock because it is
601          * frequently read in proximity to zone->lock.  It's good to
602          * give them a chance of being in the same cacheline.
603          *
604          * Write access to present_pages at runtime should be protected by
605          * mem_hotplug_begin/end(). Any reader who can't tolerant drift of
606          * present_pages should get_online_mems() to get a stable value.
607          */
608         atomic_long_t           managed_pages;
609         unsigned long           spanned_pages;
610         unsigned long           present_pages;
611
612         const char              *name;
613
614 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
615         /*
616          * Number of isolated pageblock. It is used to solve incorrect
617          * freepage counting problem due to racy retrieving migratetype
618          * of pageblock. Protected by zone->lock.
619          */
620         unsigned long           nr_isolate_pageblock;
621 #endif
622
623 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
624         /* see spanned/present_pages for more description */
625         seqlock_t               span_seqlock;
626 #endif
627
628         int initialized;
629
630         /* Write-intensive fields used from the page allocator */
631         ZONE_PADDING(_pad1_)
632
633         /* free areas of different sizes */
634         struct free_area        free_area[MAX_ORDER];
635
636         /* zone flags, see below */
637         unsigned long           flags;
638
639         /* Primarily protects free_area */
640         spinlock_t              lock;
641
642         /* Write-intensive fields used by compaction and vmstats. */
643         ZONE_PADDING(_pad2_)
644
645         /*
646          * When free pages are below this point, additional steps are taken
647          * when reading the number of free pages to avoid per-cpu counter
648          * drift allowing watermarks to be breached
649          */
650         unsigned long percpu_drift_mark;
651
652 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
653         /* pfn where compaction free scanner should start */
654         unsigned long           compact_cached_free_pfn;
655         /* pfn where compaction migration scanner should start */
656         unsigned long           compact_cached_migrate_pfn[ASYNC_AND_SYNC];
657         unsigned long           compact_init_migrate_pfn;
658         unsigned long           compact_init_free_pfn;
659 #endif
660
661 #ifdef CONFIG_COMPACTION
662         /*
663          * On compaction failure, 1<<compact_defer_shift compactions
664          * are skipped before trying again. The number attempted since
665          * last failure is tracked with compact_considered.
666          */
667         unsigned int            compact_considered;
668         unsigned int            compact_defer_shift;
669         int                     compact_order_failed;
670 #endif
671
672 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
673         /* Set to true when the PG_migrate_skip bits should be cleared */
674         bool                    compact_blockskip_flush;
675 #endif
676
677         bool                    contiguous;
678
679         ZONE_PADDING(_pad3_)
680         /* Zone statistics */
681         atomic_long_t           vm_stat[NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS];
682         atomic_long_t           vm_numa_stat[NR_VM_NUMA_STAT_ITEMS];
683 } ____cacheline_internodealigned_in_smp;
684
685 enum pgdat_flags {
686         PGDAT_DIRTY,                    /* reclaim scanning has recently found
687                                          * many dirty file pages at the tail
688                                          * of the LRU.
689                                          */
690         PGDAT_WRITEBACK,                /* reclaim scanning has recently found
691                                          * many pages under writeback
692                                          */
693         PGDAT_RECLAIM_LOCKED,           /* prevents concurrent reclaim */
694 };
695
696 enum zone_flags {
697         ZONE_BOOSTED_WATERMARK,         /* zone recently boosted watermarks.
698                                          * Cleared when kswapd is woken.
699                                          */
700 };
701
702 static inline unsigned long zone_managed_pages(struct zone *zone)
703 {
704         return (unsigned long)atomic_long_read(&zone->managed_pages);
705 }
706
707 static inline unsigned long zone_end_pfn(const struct zone *zone)
708 {
709         return zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
710 }
711
712 static inline bool zone_spans_pfn(const struct zone *zone, unsigned long pfn)
713 {
714         return zone->zone_start_pfn <= pfn && pfn < zone_end_pfn(zone);
715 }
716
717 static inline bool zone_is_initialized(struct zone *zone)
718 {
719         return zone->initialized;
720 }
721
722 static inline bool zone_is_empty(struct zone *zone)
723 {
724         return zone->spanned_pages == 0;
725 }
726
727 /*
728  * Return true if [start_pfn, start_pfn + nr_pages) range has a non-empty
729  * intersection with the given zone
730  */
731 static inline bool zone_intersects(struct zone *zone,
732                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
733 {
734         if (zone_is_empty(zone))
735                 return false;
736         if (start_pfn >= zone_end_pfn(zone) ||
737             start_pfn + nr_pages <= zone->zone_start_pfn)
738                 return false;
739
740         return true;
741 }
742
743 /*
744  * The "priority" of VM scanning is how much of the queues we will scan in one
745  * go. A value of 12 for DEF_PRIORITY implies that we will scan 1/4096th of the
746  * queues ("queue_length >> 12") during an aging round.
747  */
748 #define DEF_PRIORITY 12
749
750 /* Maximum number of zones on a zonelist */
751 #define MAX_ZONES_PER_ZONELIST (MAX_NUMNODES * MAX_NR_ZONES)
752
753 enum {
754         ZONELIST_FALLBACK,      /* zonelist with fallback */
755 #ifdef CONFIG_NUMA
756         /*
757          * The NUMA zonelists are doubled because we need zonelists that
758          * restrict the allocations to a single node for __GFP_THISNODE.
759          */
760         ZONELIST_NOFALLBACK,    /* zonelist without fallback (__GFP_THISNODE) */
761 #endif
762         MAX_ZONELISTS
763 };
764
765 /*
766  * This struct contains information about a zone in a zonelist. It is stored
767  * here to avoid dereferences into large structures and lookups of tables
768  */
769 struct zoneref {
770         struct zone *zone;      /* Pointer to actual zone */
771         int zone_idx;           /* zone_idx(zoneref->zone) */
772 };
773
774 /*
775  * One allocation request operates on a zonelist. A zonelist
776  * is a list of zones, the first one is the 'goal' of the
777  * allocation, the other zones are fallback zones, in decreasing
778  * priority.
779  *
780  * To speed the reading of the zonelist, the zonerefs contain the zone index
781  * of the entry being read. Helper functions to access information given
782  * a struct zoneref are
783  *
784  * zonelist_zone()      - Return the struct zone * for an entry in _zonerefs
785  * zonelist_zone_idx()  - Return the index of the zone for an entry
786  * zonelist_node_idx()  - Return the index of the node for an entry
787  */
788 struct zonelist {
789         struct zoneref _zonerefs[MAX_ZONES_PER_ZONELIST + 1];
790 };
791
792 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
793 /* The array of struct pages - for discontigmem use pgdat->lmem_map */
794 extern struct page *mem_map;
795 #endif
796
797 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
798 struct deferred_split {
799         spinlock_t split_queue_lock;
800         struct list_head split_queue;
801         unsigned long split_queue_len;
802 };
803 #endif
804
805 /*
806  * On NUMA machines, each NUMA node would have a pg_data_t to describe
807  * it's memory layout. On UMA machines there is a single pglist_data which
808  * describes the whole memory.
809  *
810  * Memory statistics and page replacement data structures are maintained on a
811  * per-zone basis.
812  */
813 struct bootmem_data;
814 typedef struct pglist_data {
815         struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];
816         struct zonelist node_zonelists[MAX_ZONELISTS];
817         int nr_zones;
818 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP /* means !SPARSEMEM */
819         struct page *node_mem_map;
820 #ifdef CONFIG_PAGE_EXTENSION
821         struct page_ext *node_page_ext;
822 #endif
823 #endif
824 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG) || defined(CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT)
825         /*
826          * Must be held any time you expect node_start_pfn,
827          * node_present_pages, node_spanned_pages or nr_zones to stay constant.
828          * Also synchronizes pgdat->first_deferred_pfn during deferred page
829          * init.
830          *
831          * pgdat_resize_lock() and pgdat_resize_unlock() are provided to
832          * manipulate node_size_lock without checking for CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
833          * or CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT.
834          *
835          * Nests above zone->lock and zone->span_seqlock
836          */
837         spinlock_t node_size_lock;
838 #endif
839         unsigned long node_start_pfn;
840         unsigned long node_present_pages; /* total number of physical pages */
841         unsigned long node_spanned_pages; /* total size of physical page
842                                              range, including holes */
843         int node_id;
844         wait_queue_head_t kswapd_wait;
845         wait_queue_head_t pfmemalloc_wait;
846         struct task_struct *kswapd;     /* Protected by
847                                            mem_hotplug_begin/end() */
848         int kswapd_order;
849         enum zone_type kswapd_classzone_idx;
850
851         int kswapd_failures;            /* Number of 'reclaimed == 0' runs */
852
853 #ifdef CONFIG_COMPACTION
854         int kcompactd_max_order;
855         enum zone_type kcompactd_classzone_idx;
856         wait_queue_head_t kcompactd_wait;
857         struct task_struct *kcompactd;
858 #endif
859         /*
860          * This is a per-node reserve of pages that are not available
861          * to userspace allocations.
862          */
863         unsigned long           totalreserve_pages;
864
865 #ifdef CONFIG_NUMA
866         /*
867          * zone reclaim becomes active if more unmapped pages exist.
868          */
869         unsigned long           min_unmapped_pages;
870         unsigned long           min_slab_pages;
871 #endif /* CONFIG_NUMA */
872
873         /* Write-intensive fields used by page reclaim */
874         ZONE_PADDING(_pad1_)
875         spinlock_t              lru_lock;
876
877 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
878         /*
879          * If memory initialisation on large machines is deferred then this
880          * is the first PFN that needs to be initialised.
881          */
882         unsigned long first_deferred_pfn;
883 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
884
885 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
886         struct deferred_split deferred_split_queue;
887 #endif
888
889         /* Fields commonly accessed by the page reclaim scanner */
890
891         /*
892          * NOTE: THIS IS UNUSED IF MEMCG IS ENABLED.
893          *
894          * Use mem_cgroup_lruvec() to look up lruvecs.
895          */
896         struct lruvec           __lruvec;
897
898         unsigned long           flags;
899
900         ZONE_PADDING(_pad2_)
901
902         /* Per-node vmstats */
903         struct per_cpu_nodestat __percpu *per_cpu_nodestats;
904         atomic_long_t           vm_stat[NR_VM_NODE_STAT_ITEMS];
905 } pg_data_t;
906
907 #define node_present_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_present_pages)
908 #define node_spanned_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_spanned_pages)
909 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
910 #define pgdat_page_nr(pgdat, pagenr)    ((pgdat)->node_mem_map + (pagenr))
911 #else
912 #define pgdat_page_nr(pgdat, pagenr)    pfn_to_page((pgdat)->node_start_pfn + (pagenr))
913 #endif
914 #define nid_page_nr(nid, pagenr)        pgdat_page_nr(NODE_DATA(nid),(pagenr))
915
916 #define node_start_pfn(nid)     (NODE_DATA(nid)->node_start_pfn)
917 #define node_end_pfn(nid) pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid))
918
919 static inline unsigned long pgdat_end_pfn(pg_data_t *pgdat)
920 {
921         return pgdat->node_start_pfn + pgdat->node_spanned_pages;
922 }
923
924 static inline bool pgdat_is_empty(pg_data_t *pgdat)
925 {
926         return !pgdat->node_start_pfn && !pgdat->node_spanned_pages;
927 }
928
929 #include <linux/memory_hotplug.h>
930
931 void build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat);
932 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, int order,
933                    enum zone_type classzone_idx);
934 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
935                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
936                          long free_pages);
937 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
938                 unsigned long mark, int classzone_idx,
939                 unsigned int alloc_flags);
940 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
941                 unsigned long mark, int classzone_idx);
942 enum memmap_context {
943         MEMMAP_EARLY,
944         MEMMAP_HOTPLUG,
945 };
946 extern void init_currently_empty_zone(struct zone *zone, unsigned long start_pfn,
947                                      unsigned long size);
948
949 extern void lruvec_init(struct lruvec *lruvec);
950
951 static inline struct pglist_data *lruvec_pgdat(struct lruvec *lruvec)
952 {
953 #ifdef CONFIG_MEMCG
954         return lruvec->pgdat;
955 #else
956         return container_of(lruvec, struct pglist_data, __lruvec);
957 #endif
958 }
959
960 extern unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru, int zone_idx);
961
962 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORY_PRESENT
963 void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end);
964 #else
965 static inline void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end) {}
966 #endif
967
968 #if defined(CONFIG_SPARSEMEM)
969 void memblocks_present(void);
970 #else
971 static inline void memblocks_present(void) {}
972 #endif
973
974 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
975 int local_memory_node(int node_id);
976 #else
977 static inline int local_memory_node(int node_id) { return node_id; };
978 #endif
979
980 /*
981  * zone_idx() returns 0 for the ZONE_DMA zone, 1 for the ZONE_NORMAL zone, etc.
982  */
983 #define zone_idx(zone)          ((zone) - (zone)->zone_pgdat->node_zones)
984
985 /*
986  * Returns true if a zone has pages managed by the buddy allocator.
987  * All the reclaim decisions have to use this function rather than
988  * populated_zone(). If the whole zone is reserved then we can easily
989  * end up with populated_zone() && !managed_zone().
990  */
991 static inline bool managed_zone(struct zone *zone)
992 {
993         return zone_managed_pages(zone);
994 }
995
996 /* Returns true if a zone has memory */
997 static inline bool populated_zone(struct zone *zone)
998 {
999         return zone->present_pages;
1000 }
1001
1002 #ifdef CONFIG_NUMA
1003 static inline int zone_to_nid(struct zone *zone)
1004 {
1005         return zone->node;
1006 }
1007
1008 static inline void zone_set_nid(struct zone *zone, int nid)
1009 {
1010         zone->node = nid;
1011 }
1012 #else
1013 static inline int zone_to_nid(struct zone *zone)
1014 {
1015         return 0;
1016 }
1017
1018 static inline void zone_set_nid(struct zone *zone, int nid) {}
1019 #endif
1020
1021 extern int movable_zone;
1022
1023 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1024 static inline int zone_movable_is_highmem(void)
1025 {
1026 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
1027         return movable_zone == ZONE_HIGHMEM;
1028 #else
1029         return (ZONE_MOVABLE - 1) == ZONE_HIGHMEM;
1030 #endif
1031 }
1032 #endif
1033
1034 static inline int is_highmem_idx(enum zone_type idx)
1035 {
1036 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1037         return (idx == ZONE_HIGHMEM ||
1038                 (idx == ZONE_MOVABLE && zone_movable_is_highmem()));
1039 #else
1040         return 0;
1041 #endif
1042 }
1043
1044 /**
1045  * is_highmem - helper function to quickly check if a struct zone is a
1046  *              highmem zone or not.  This is an attempt to keep references
1047  *              to ZONE_{DMA/NORMAL/HIGHMEM/etc} in general code to a minimum.
1048  * @zone - pointer to struct zone variable
1049  */
1050 static inline int is_highmem(struct zone *zone)
1051 {
1052 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1053         return is_highmem_idx(zone_idx(zone));
1054 #else
1055         return 0;
1056 #endif
1057 }
1058
1059 /* These two functions are used to setup the per zone pages min values */
1060 struct ctl_table;
1061 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1062                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1063 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1064                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1065 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1066                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1067 extern int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES];
1068 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1069                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1070 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1071                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1072 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1073                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1074 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1075                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1076
1077 extern int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *, int,
1078                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1079 extern char numa_zonelist_order[];
1080 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
1081
1082 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1083
1084 extern struct pglist_data contig_page_data;
1085 #define NODE_DATA(nid)          (&contig_page_data)
1086 #define NODE_MEM_MAP(nid)       mem_map
1087
1088 #else /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1089
1090 #include <asm/mmzone.h>
1091
1092 #endif /* !CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1093
1094 extern struct pglist_data *first_online_pgdat(void);
1095 extern struct pglist_data *next_online_pgdat(struct pglist_data *pgdat);
1096 extern struct zone *next_zone(struct zone *zone);
1097
1098 /**
1099  * for_each_online_pgdat - helper macro to iterate over all online nodes
1100  * @pgdat - pointer to a pg_data_t variable
1101  */
1102 #define for_each_online_pgdat(pgdat)                    \
1103         for (pgdat = first_online_pgdat();              \
1104              pgdat;                                     \
1105              pgdat = next_online_pgdat(pgdat))
1106 /**
1107  * for_each_zone - helper macro to iterate over all memory zones
1108  * @zone - pointer to struct zone variable
1109  *
1110  * The user only needs to declare the zone variable, for_each_zone
1111  * fills it in.
1112  */
1113 #define for_each_zone(zone)                             \
1114         for (zone = (first_online_pgdat())->node_zones; \
1115              zone;                                      \
1116              zone = next_zone(zone))
1117
1118 #define for_each_populated_zone(zone)                   \
1119         for (zone = (first_online_pgdat())->node_zones; \
1120              zone;                                      \
1121              zone = next_zone(zone))                    \
1122                 if (!populated_zone(zone))              \
1123                         ; /* do nothing */              \
1124                 else
1125
1126 static inline struct zone *zonelist_zone(struct zoneref *zoneref)
1127 {
1128         return zoneref->zone;
1129 }
1130
1131 static inline int zonelist_zone_idx(struct zoneref *zoneref)
1132 {
1133         return zoneref->zone_idx;
1134 }
1135
1136 static inline int zonelist_node_idx(struct zoneref *zoneref)
1137 {
1138         return zone_to_nid(zoneref->zone);
1139 }
1140
1141 struct zoneref *__next_zones_zonelist(struct zoneref *z,
1142                                         enum zone_type highest_zoneidx,
1143                                         nodemask_t *nodes);
1144
1145 /**
1146  * next_zones_zonelist - Returns the next zone at or below highest_zoneidx within the allowed nodemask using a cursor within a zonelist as a starting point
1147  * @z - The cursor used as a starting point for the search
1148  * @highest_zoneidx - The zone index of the highest zone to return
1149  * @nodes - An optional nodemask to filter the zonelist with
1150  *
1151  * This function returns the next zone at or below a given zone index that is
1152  * within the allowed nodemask using a cursor as the starting point for the
1153  * search. The zoneref returned is a cursor that represents the current zone
1154  * being examined. It should be advanced by one before calling
1155  * next_zones_zonelist again.
1156  */
1157 static __always_inline struct zoneref *next_zones_zonelist(struct zoneref *z,
1158                                         enum zone_type highest_zoneidx,
1159                                         nodemask_t *nodes)
1160 {
1161         if (likely(!nodes && zonelist_zone_idx(z) <= highest_zoneidx))
1162                 return z;
1163         return __next_zones_zonelist(z, highest_zoneidx, nodes);
1164 }
1165
1166 /**
1167  * first_zones_zonelist - Returns the first zone at or below highest_zoneidx within the allowed nodemask in a zonelist
1168  * @zonelist - The zonelist to search for a suitable zone
1169  * @highest_zoneidx - The zone index of the highest zone to return
1170  * @nodes - An optional nodemask to filter the zonelist with
1171  * @return - Zoneref pointer for the first suitable zone found (see below)
1172  *
1173  * This function returns the first zone at or below a given zone index that is
1174  * within the allowed nodemask. The zoneref returned is a cursor that can be
1175  * used to iterate the zonelist with next_zones_zonelist by advancing it by
1176  * one before calling.
1177  *
1178  * When no eligible zone is found, zoneref->zone is NULL (zoneref itself is
1179  * never NULL). This may happen either genuinely, or due to concurrent nodemask
1180  * update due to cpuset modification.
1181  */
1182 static inline struct zoneref *first_zones_zonelist(struct zonelist *zonelist,
1183                                         enum zone_type highest_zoneidx,
1184                                         nodemask_t *nodes)
1185 {
1186         return next_zones_zonelist(zonelist->_zonerefs,
1187                                                         highest_zoneidx, nodes);
1188 }
1189
1190 /**
1191  * for_each_zone_zonelist_nodemask - helper macro to iterate over valid zones in a zonelist at or below a given zone index and within a nodemask
1192  * @zone - The current zone in the iterator
1193  * @z - The current pointer within zonelist->zones being iterated
1194  * @zlist - The zonelist being iterated
1195  * @highidx - The zone index of the highest zone to return
1196  * @nodemask - Nodemask allowed by the allocator
1197  *
1198  * This iterator iterates though all zones at or below a given zone index and
1199  * within a given nodemask
1200  */
1201 #define for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zlist, highidx, nodemask) \
1202         for (z = first_zones_zonelist(zlist, highidx, nodemask), zone = zonelist_zone(z);       \
1203                 zone;                                                   \
1204                 z = next_zones_zonelist(++z, highidx, nodemask),        \
1205                         zone = zonelist_zone(z))
1206
1207 #define for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zlist, highidx, nodemask) \
1208         for (zone = z->zone;    \
1209                 zone;                                                   \
1210                 z = next_zones_zonelist(++z, highidx, nodemask),        \
1211                         zone = zonelist_zone(z))
1212
1213
1214 /**
1215  * for_each_zone_zonelist - helper macro to iterate over valid zones in a zonelist at or below a given zone index
1216  * @zone - The current zone in the iterator
1217  * @z - The current pointer within zonelist->zones being iterated
1218  * @zlist - The zonelist being iterated
1219  * @highidx - The zone index of the highest zone to return
1220  *
1221  * This iterator iterates though all zones at or below a given zone index.
1222  */
1223 #define for_each_zone_zonelist(zone, z, zlist, highidx) \
1224         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zlist, highidx, NULL)
1225
1226 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
1227 #include <asm/sparsemem.h>
1228 #endif
1229
1230 #if !defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) && \
1231         !defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1232 static inline unsigned long early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1233 {
1234         BUILD_BUG_ON(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA));
1235         return 0;
1236 }
1237 #endif
1238
1239 #ifdef CONFIG_FLATMEM
1240 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
1241 #endif
1242
1243 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
1244
1245 /*
1246  * SECTION_SHIFT                #bits space required to store a section #
1247  *
1248  * PA_SECTION_SHIFT             physical address to/from section number
1249  * PFN_SECTION_SHIFT            pfn to/from section number
1250  */
1251 #define PA_SECTION_SHIFT        (SECTION_SIZE_BITS)
1252 #define PFN_SECTION_SHIFT       (SECTION_SIZE_BITS - PAGE_SHIFT)
1253
1254 #define NR_MEM_SECTIONS         (1UL << SECTIONS_SHIFT)
1255
1256 #define PAGES_PER_SECTION       (1UL << PFN_SECTION_SHIFT)
1257 #define PAGE_SECTION_MASK       (~(PAGES_PER_SECTION-1))
1258
1259 #define SECTION_BLOCKFLAGS_BITS \
1260         ((1UL << (PFN_SECTION_SHIFT - pageblock_order)) * NR_PAGEBLOCK_BITS)
1261
1262 #if (MAX_ORDER - 1 + PAGE_SHIFT) > SECTION_SIZE_BITS
1263 #error Allocator MAX_ORDER exceeds SECTION_SIZE
1264 #endif
1265
1266 static inline unsigned long pfn_to_section_nr(unsigned long pfn)
1267 {
1268         return pfn >> PFN_SECTION_SHIFT;
1269 }
1270 static inline unsigned long section_nr_to_pfn(unsigned long sec)
1271 {
1272         return sec << PFN_SECTION_SHIFT;
1273 }
1274
1275 #define SECTION_ALIGN_UP(pfn)   (((pfn) + PAGES_PER_SECTION - 1) & PAGE_SECTION_MASK)
1276 #define SECTION_ALIGN_DOWN(pfn) ((pfn) & PAGE_SECTION_MASK)
1277
1278 #define SUBSECTION_SHIFT 21
1279
1280 #define PFN_SUBSECTION_SHIFT (SUBSECTION_SHIFT - PAGE_SHIFT)
1281 #define PAGES_PER_SUBSECTION (1UL << PFN_SUBSECTION_SHIFT)
1282 #define PAGE_SUBSECTION_MASK (~(PAGES_PER_SUBSECTION-1))
1283
1284 #if SUBSECTION_SHIFT > SECTION_SIZE_BITS
1285 #error Subsection size exceeds section size
1286 #else
1287 #define SUBSECTIONS_PER_SECTION (1UL << (SECTION_SIZE_BITS - SUBSECTION_SHIFT))
1288 #endif
1289
1290 #define SUBSECTION_ALIGN_UP(pfn) ALIGN((pfn), PAGES_PER_SUBSECTION)
1291 #define SUBSECTION_ALIGN_DOWN(pfn) ((pfn) & PAGE_SUBSECTION_MASK)
1292
1293 struct mem_section_usage {
1294         DECLARE_BITMAP(subsection_map, SUBSECTIONS_PER_SECTION);
1295         /* See declaration of similar field in struct zone */
1296         unsigned long pageblock_flags[0];
1297 };
1298
1299 void subsection_map_init(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages);
1300
1301 struct page;
1302 struct page_ext;
1303 struct mem_section {
1304         /*
1305          * This is, logically, a pointer to an array of struct
1306          * pages.  However, it is stored with some other magic.
1307          * (see sparse.c::sparse_init_one_section())
1308          *
1309          * Additionally during early boot we encode node id of
1310          * the location of the section here to guide allocation.
1311          * (see sparse.c::memory_present())
1312          *
1313          * Making it a UL at least makes someone do a cast
1314          * before using it wrong.
1315          */
1316         unsigned long section_mem_map;
1317
1318         struct mem_section_usage *usage;
1319 #ifdef CONFIG_PAGE_EXTENSION
1320         /*
1321          * If SPARSEMEM, pgdat doesn't have page_ext pointer. We use
1322          * section. (see page_ext.h about this.)
1323          */
1324         struct page_ext *page_ext;
1325         unsigned long pad;
1326 #endif
1327         /*
1328          * WARNING: mem_section must be a power-of-2 in size for the
1329          * calculation and use of SECTION_ROOT_MASK to make sense.
1330          */
1331 };
1332
1333 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
1334 #define SECTIONS_PER_ROOT       (PAGE_SIZE / sizeof (struct mem_section))
1335 #else
1336 #define SECTIONS_PER_ROOT       1
1337 #endif
1338
1339 #define SECTION_NR_TO_ROOT(sec) ((sec) / SECTIONS_PER_ROOT)
1340 #define NR_SECTION_ROOTS        DIV_ROUND_UP(NR_MEM_SECTIONS, SECTIONS_PER_ROOT)
1341 #define SECTION_ROOT_MASK       (SECTIONS_PER_ROOT - 1)
1342
1343 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
1344 extern struct mem_section **mem_section;
1345 #else
1346 extern struct mem_section mem_section[NR_SECTION_ROOTS][SECTIONS_PER_ROOT];
1347 #endif
1348
1349 static inline unsigned long *section_to_usemap(struct mem_section *ms)
1350 {
1351         return ms->usage->pageblock_flags;
1352 }
1353
1354 static inline struct mem_section *__nr_to_section(unsigned long nr)
1355 {
1356 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
1357         if (!mem_section)
1358                 return NULL;
1359 #endif
1360         if (!mem_section[SECTION_NR_TO_ROOT(nr)])
1361                 return NULL;
1362         return &mem_section[SECTION_NR_TO_ROOT(nr)][nr & SECTION_ROOT_MASK];
1363 }
1364 extern unsigned long __section_nr(struct mem_section *ms);
1365 extern size_t mem_section_usage_size(void);
1366
1367 /*
1368  * We use the lower bits of the mem_map pointer to store
1369  * a little bit of information.  The pointer is calculated
1370  * as mem_map - section_nr_to_pfn(pnum).  The result is
1371  * aligned to the minimum alignment of the two values:
1372  *   1. All mem_map arrays are page-aligned.
1373  *   2. section_nr_to_pfn() always clears PFN_SECTION_SHIFT
1374  *      lowest bits.  PFN_SECTION_SHIFT is arch-specific
1375  *      (equal SECTION_SIZE_BITS - PAGE_SHIFT), and the
1376  *      worst combination is powerpc with 256k pages,
1377  *      which results in PFN_SECTION_SHIFT equal 6.
1378  * To sum it up, at least 6 bits are available.
1379  */
1380 #define SECTION_MARKED_PRESENT  (1UL<<0)
1381 #define SECTION_HAS_MEM_MAP     (1UL<<1)
1382 #define SECTION_IS_ONLINE       (1UL<<2)
1383 #define SECTION_IS_EARLY        (1UL<<3)
1384 #define SECTION_MAP_LAST_BIT    (1UL<<4)
1385 #define SECTION_MAP_MASK        (~(SECTION_MAP_LAST_BIT-1))
1386 #define SECTION_NID_SHIFT       3
1387
1388 static inline struct page *__section_mem_map_addr(struct mem_section *section)
1389 {
1390         unsigned long map = section->section_mem_map;
1391         map &= SECTION_MAP_MASK;
1392         return (struct page *)map;
1393 }
1394
1395 static inline int present_section(struct mem_section *section)
1396 {
1397         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_MARKED_PRESENT));
1398 }
1399
1400 static inline int present_section_nr(unsigned long nr)
1401 {
1402         return present_section(__nr_to_section(nr));
1403 }
1404
1405 static inline int valid_section(struct mem_section *section)
1406 {
1407         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_HAS_MEM_MAP));
1408 }
1409
1410 static inline int early_section(struct mem_section *section)
1411 {
1412         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_IS_EARLY));
1413 }
1414
1415 static inline int valid_section_nr(unsigned long nr)
1416 {
1417         return valid_section(__nr_to_section(nr));
1418 }
1419
1420 static inline int online_section(struct mem_section *section)
1421 {
1422         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_IS_ONLINE));
1423 }
1424
1425 static inline int online_section_nr(unsigned long nr)
1426 {
1427         return online_section(__nr_to_section(nr));
1428 }
1429
1430 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
1431 void online_mem_sections(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn);
1432 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
1433 void offline_mem_sections(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn);
1434 #endif
1435 #endif
1436
1437 static inline struct mem_section *__pfn_to_section(unsigned long pfn)
1438 {
1439         return __nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn));
1440 }
1441
1442 extern unsigned long __highest_present_section_nr;
1443
1444 static inline int subsection_map_index(unsigned long pfn)
1445 {
1446         return (pfn & ~(PAGE_SECTION_MASK)) / PAGES_PER_SUBSECTION;
1447 }
1448
1449 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
1450 static inline int pfn_section_valid(struct mem_section *ms, unsigned long pfn)
1451 {
1452         int idx = subsection_map_index(pfn);
1453
1454         return test_bit(idx, ms->usage->subsection_map);
1455 }
1456 #else
1457 static inline int pfn_section_valid(struct mem_section *ms, unsigned long pfn)
1458 {
1459         return 1;
1460 }
1461 #endif
1462
1463 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_PFN_VALID
1464 static inline int pfn_valid(unsigned long pfn)
1465 {
1466         struct mem_section *ms;
1467
1468         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
1469                 return 0;
1470         ms = __nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn));
1471         if (!valid_section(ms))
1472                 return 0;
1473         /*
1474          * Traditionally early sections always returned pfn_valid() for
1475          * the entire section-sized span.
1476          */
1477         return early_section(ms) || pfn_section_valid(ms, pfn);
1478 }
1479 #endif
1480
1481 static inline int pfn_present(unsigned long pfn)
1482 {
1483         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
1484                 return 0;
1485         return present_section(__nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn)));
1486 }
1487
1488 /*
1489  * These are _only_ used during initialisation, therefore they
1490  * can use __initdata ...  They could have names to indicate
1491  * this restriction.
1492  */
1493 #ifdef CONFIG_NUMA
1494 #define pfn_to_nid(pfn)                                                 \
1495 ({                                                                      \
1496         unsigned long __pfn_to_nid_pfn = (pfn);                         \
1497         page_to_nid(pfn_to_page(__pfn_to_nid_pfn));                     \
1498 })
1499 #else
1500 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
1501 #endif
1502
1503 #define early_pfn_valid(pfn)    pfn_valid(pfn)
1504 void sparse_init(void);
1505 #else
1506 #define sparse_init()   do {} while (0)
1507 #define sparse_index_init(_sec, _nid)  do {} while (0)
1508 #define pfn_present pfn_valid
1509 #define subsection_map_init(_pfn, _nr_pages) do {} while (0)
1510 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
1511
1512 /*
1513  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1514  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1515  * may treat start/end as pfns or sections.
1516  */
1517 struct mminit_pfnnid_cache {
1518         unsigned long last_start;
1519         unsigned long last_end;
1520         int last_nid;
1521 };
1522
1523 #ifndef early_pfn_valid
1524 #define early_pfn_valid(pfn)    (1)
1525 #endif
1526
1527 void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end);
1528
1529 /*
1530  * If it is possible to have holes within a MAX_ORDER_NR_PAGES, then we
1531  * need to check pfn validity within that MAX_ORDER_NR_PAGES block.
1532  * pfn_valid_within() should be used in this case; we optimise this away
1533  * when we have no holes within a MAX_ORDER_NR_PAGES block.
1534  */
1535 #ifdef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1536 #define pfn_valid_within(pfn) pfn_valid(pfn)
1537 #else
1538 #define pfn_valid_within(pfn) (1)
1539 #endif
1540
1541 #ifdef CONFIG_ARCH_HAS_HOLES_MEMORYMODEL
1542 /*
1543  * pfn_valid() is meant to be able to tell if a given PFN has valid memmap
1544  * associated with it or not. This means that a struct page exists for this
1545  * pfn. The caller cannot assume the page is fully initialized in general.
1546  * Hotplugable pages might not have been onlined yet. pfn_to_online_page()
1547  * will ensure the struct page is fully online and initialized. Special pages
1548  * (e.g. ZONE_DEVICE) are never onlined and should be treated accordingly.
1549  *
1550  * In FLATMEM, it is expected that holes always have valid memmap as long as
1551  * there is valid PFNs either side of the hole. In SPARSEMEM, it is assumed
1552  * that a valid section has a memmap for the entire section.
1553  *
1554  * However, an ARM, and maybe other embedded architectures in the future
1555  * free memmap backing holes to save memory on the assumption the memmap is
1556  * never used. The page_zone linkages are then broken even though pfn_valid()
1557  * returns true. A walker of the full memmap must then do this additional
1558  * check to ensure the memmap they are looking at is sane by making sure
1559  * the zone and PFN linkages are still valid. This is expensive, but walkers
1560  * of the full memmap are extremely rare.
1561  */
1562 bool memmap_valid_within(unsigned long pfn,
1563                                         struct page *page, struct zone *zone);
1564 #else
1565 static inline bool memmap_valid_within(unsigned long pfn,
1566                                         struct page *page, struct zone *zone)
1567 {
1568         return true;
1569 }
1570 #endif /* CONFIG_ARCH_HAS_HOLES_MEMORYMODEL */
1571
1572 #endif /* !__GENERATING_BOUNDS.H */
1573 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
1574 #endif /* _LINUX_MMZONE_H */