NUMA Balancing: add page promotion counter
[platform/kernel/linux-starfive.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 <linux/local_lock.h>
24 #include <asm/page.h>
25
26 /* Free memory management - zoned buddy allocator.  */
27 #ifndef CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
28 #define MAX_ORDER 11
29 #else
30 #define MAX_ORDER CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
31 #endif
32 #define MAX_ORDER_NR_PAGES (1 << (MAX_ORDER - 1))
33
34 /*
35  * PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER is the order at which allocations are deemed
36  * costly to service.  That is between allocation orders which should
37  * coalesce naturally under reasonable reclaim pressure and those which
38  * will not.
39  */
40 #define PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER 3
41
42 enum migratetype {
43         MIGRATE_UNMOVABLE,
44         MIGRATE_MOVABLE,
45         MIGRATE_RECLAIMABLE,
46         MIGRATE_PCPTYPES,       /* the number of types on the pcp lists */
47         MIGRATE_HIGHATOMIC = MIGRATE_PCPTYPES,
48 #ifdef CONFIG_CMA
49         /*
50          * MIGRATE_CMA migration type is designed to mimic the way
51          * ZONE_MOVABLE works.  Only movable pages can be allocated
52          * from MIGRATE_CMA pageblocks and page allocator never
53          * implicitly change migration type of MIGRATE_CMA pageblock.
54          *
55          * The way to use it is to change migratetype of a range of
56          * pageblocks to MIGRATE_CMA which can be done by
57          * __free_pageblock_cma() function.  What is important though
58          * is that a range of pageblocks must be aligned to
59          * MAX_ORDER_NR_PAGES should biggest page be bigger than
60          * a single pageblock.
61          */
62         MIGRATE_CMA,
63 #endif
64 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
65         MIGRATE_ISOLATE,        /* can't allocate from here */
66 #endif
67         MIGRATE_TYPES
68 };
69
70 /* In mm/page_alloc.c; keep in sync also with show_migration_types() there */
71 extern const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES];
72
73 #ifdef CONFIG_CMA
74 #  define is_migrate_cma(migratetype) unlikely((migratetype) == MIGRATE_CMA)
75 #  define is_migrate_cma_page(_page) (get_pageblock_migratetype(_page) == MIGRATE_CMA)
76 #else
77 #  define is_migrate_cma(migratetype) false
78 #  define is_migrate_cma_page(_page) false
79 #endif
80
81 static inline bool is_migrate_movable(int mt)
82 {
83         return is_migrate_cma(mt) || mt == MIGRATE_MOVABLE;
84 }
85
86 /*
87  * Check whether a migratetype can be merged with another migratetype.
88  *
89  * It is only mergeable when it can fall back to other migratetypes for
90  * allocation. See fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] in page_alloc.c.
91  */
92 static inline bool migratetype_is_mergeable(int mt)
93 {
94         return mt < MIGRATE_PCPTYPES;
95 }
96
97 #define for_each_migratetype_order(order, type) \
98         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) \
99                 for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++)
100
101 extern int page_group_by_mobility_disabled;
102
103 #define MIGRATETYPE_MASK ((1UL << PB_migratetype_bits) - 1)
104
105 #define get_pageblock_migratetype(page)                                 \
106         get_pfnblock_flags_mask(page, page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK)
107
108 struct free_area {
109         struct list_head        free_list[MIGRATE_TYPES];
110         unsigned long           nr_free;
111 };
112
113 static inline struct page *get_page_from_free_area(struct free_area *area,
114                                             int migratetype)
115 {
116         return list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
117                                         struct page, lru);
118 }
119
120 static inline bool free_area_empty(struct free_area *area, int migratetype)
121 {
122         return list_empty(&area->free_list[migratetype]);
123 }
124
125 struct pglist_data;
126
127 /*
128  * Add a wild amount of padding here to ensure data fall into separate
129  * cachelines.  There are very few zone structures in the machine, so space
130  * consumption is not a concern here.
131  */
132 #if defined(CONFIG_SMP)
133 struct zone_padding {
134         char x[0];
135 } ____cacheline_internodealigned_in_smp;
136 #define ZONE_PADDING(name)      struct zone_padding name;
137 #else
138 #define ZONE_PADDING(name)
139 #endif
140
141 #ifdef CONFIG_NUMA
142 enum numa_stat_item {
143         NUMA_HIT,               /* allocated in intended node */
144         NUMA_MISS,              /* allocated in non intended node */
145         NUMA_FOREIGN,           /* was intended here, hit elsewhere */
146         NUMA_INTERLEAVE_HIT,    /* interleaver preferred this zone */
147         NUMA_LOCAL,             /* allocation from local node */
148         NUMA_OTHER,             /* allocation from other node */
149         NR_VM_NUMA_EVENT_ITEMS
150 };
151 #else
152 #define NR_VM_NUMA_EVENT_ITEMS 0
153 #endif
154
155 enum zone_stat_item {
156         /* First 128 byte cacheline (assuming 64 bit words) */
157         NR_FREE_PAGES,
158         NR_ZONE_LRU_BASE, /* Used only for compaction and reclaim retry */
159         NR_ZONE_INACTIVE_ANON = NR_ZONE_LRU_BASE,
160         NR_ZONE_ACTIVE_ANON,
161         NR_ZONE_INACTIVE_FILE,
162         NR_ZONE_ACTIVE_FILE,
163         NR_ZONE_UNEVICTABLE,
164         NR_ZONE_WRITE_PENDING,  /* Count of dirty, writeback and unstable pages */
165         NR_MLOCK,               /* mlock()ed pages found and moved off LRU */
166         /* Second 128 byte cacheline */
167         NR_BOUNCE,
168 #if IS_ENABLED(CONFIG_ZSMALLOC)
169         NR_ZSPAGES,             /* allocated in zsmalloc */
170 #endif
171         NR_FREE_CMA_PAGES,
172         NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS };
173
174 enum node_stat_item {
175         NR_LRU_BASE,
176         NR_INACTIVE_ANON = NR_LRU_BASE, /* must match order of LRU_[IN]ACTIVE */
177         NR_ACTIVE_ANON,         /*  "     "     "   "       "         */
178         NR_INACTIVE_FILE,       /*  "     "     "   "       "         */
179         NR_ACTIVE_FILE,         /*  "     "     "   "       "         */
180         NR_UNEVICTABLE,         /*  "     "     "   "       "         */
181         NR_SLAB_RECLAIMABLE_B,
182         NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B,
183         NR_ISOLATED_ANON,       /* Temporary isolated pages from anon lru */
184         NR_ISOLATED_FILE,       /* Temporary isolated pages from file lru */
185         WORKINGSET_NODES,
186         WORKINGSET_REFAULT_BASE,
187         WORKINGSET_REFAULT_ANON = WORKINGSET_REFAULT_BASE,
188         WORKINGSET_REFAULT_FILE,
189         WORKINGSET_ACTIVATE_BASE,
190         WORKINGSET_ACTIVATE_ANON = WORKINGSET_ACTIVATE_BASE,
191         WORKINGSET_ACTIVATE_FILE,
192         WORKINGSET_RESTORE_BASE,
193         WORKINGSET_RESTORE_ANON = WORKINGSET_RESTORE_BASE,
194         WORKINGSET_RESTORE_FILE,
195         WORKINGSET_NODERECLAIM,
196         NR_ANON_MAPPED, /* Mapped anonymous pages */
197         NR_FILE_MAPPED, /* pagecache pages mapped into pagetables.
198                            only modified from process context */
199         NR_FILE_PAGES,
200         NR_FILE_DIRTY,
201         NR_WRITEBACK,
202         NR_WRITEBACK_TEMP,      /* Writeback using temporary buffers */
203         NR_SHMEM,               /* shmem pages (included tmpfs/GEM pages) */
204         NR_SHMEM_THPS,
205         NR_SHMEM_PMDMAPPED,
206         NR_FILE_THPS,
207         NR_FILE_PMDMAPPED,
208         NR_ANON_THPS,
209         NR_VMSCAN_WRITE,
210         NR_VMSCAN_IMMEDIATE,    /* Prioritise for reclaim when writeback ends */
211         NR_DIRTIED,             /* page dirtyings since bootup */
212         NR_WRITTEN,             /* page writings since bootup */
213         NR_THROTTLED_WRITTEN,   /* NR_WRITTEN while reclaim throttled */
214         NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE,     /* reclaimable non-slab kernel pages */
215         NR_FOLL_PIN_ACQUIRED,   /* via: pin_user_page(), gup flag: FOLL_PIN */
216         NR_FOLL_PIN_RELEASED,   /* pages returned via unpin_user_page() */
217         NR_KERNEL_STACK_KB,     /* measured in KiB */
218 #if IS_ENABLED(CONFIG_SHADOW_CALL_STACK)
219         NR_KERNEL_SCS_KB,       /* measured in KiB */
220 #endif
221         NR_PAGETABLE,           /* used for pagetables */
222 #ifdef CONFIG_SWAP
223         NR_SWAPCACHE,
224 #endif
225 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
226         PGPROMOTE_SUCCESS,      /* promote successfully */
227 #endif
228         NR_VM_NODE_STAT_ITEMS
229 };
230
231 /*
232  * Returns true if the item should be printed in THPs (/proc/vmstat
233  * currently prints number of anon, file and shmem THPs. But the item
234  * is charged in pages).
235  */
236 static __always_inline bool vmstat_item_print_in_thp(enum node_stat_item item)
237 {
238         if (!IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE))
239                 return false;
240
241         return item == NR_ANON_THPS ||
242                item == NR_FILE_THPS ||
243                item == NR_SHMEM_THPS ||
244                item == NR_SHMEM_PMDMAPPED ||
245                item == NR_FILE_PMDMAPPED;
246 }
247
248 /*
249  * Returns true if the value is measured in bytes (most vmstat values are
250  * measured in pages). This defines the API part, the internal representation
251  * might be different.
252  */
253 static __always_inline bool vmstat_item_in_bytes(int idx)
254 {
255         /*
256          * Global and per-node slab counters track slab pages.
257          * It's expected that changes are multiples of PAGE_SIZE.
258          * Internally values are stored in pages.
259          *
260          * Per-memcg and per-lruvec counters track memory, consumed
261          * by individual slab objects. These counters are actually
262          * byte-precise.
263          */
264         return (idx == NR_SLAB_RECLAIMABLE_B ||
265                 idx == NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B);
266 }
267
268 /*
269  * We do arithmetic on the LRU lists in various places in the code,
270  * so it is important to keep the active lists LRU_ACTIVE higher in
271  * the array than the corresponding inactive lists, and to keep
272  * the *_FILE lists LRU_FILE higher than the corresponding _ANON lists.
273  *
274  * This has to be kept in sync with the statistics in zone_stat_item
275  * above and the descriptions in vmstat_text in mm/vmstat.c
276  */
277 #define LRU_BASE 0
278 #define LRU_ACTIVE 1
279 #define LRU_FILE 2
280
281 enum lru_list {
282         LRU_INACTIVE_ANON = LRU_BASE,
283         LRU_ACTIVE_ANON = LRU_BASE + LRU_ACTIVE,
284         LRU_INACTIVE_FILE = LRU_BASE + LRU_FILE,
285         LRU_ACTIVE_FILE = LRU_BASE + LRU_FILE + LRU_ACTIVE,
286         LRU_UNEVICTABLE,
287         NR_LRU_LISTS
288 };
289
290 enum vmscan_throttle_state {
291         VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK,
292         VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED,
293         VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS,
294         VMSCAN_THROTTLE_CONGESTED,
295         NR_VMSCAN_THROTTLE,
296 };
297
298 #define for_each_lru(lru) for (lru = 0; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
299
300 #define for_each_evictable_lru(lru) for (lru = 0; lru <= LRU_ACTIVE_FILE; lru++)
301
302 static inline bool is_file_lru(enum lru_list lru)
303 {
304         return (lru == LRU_INACTIVE_FILE || lru == LRU_ACTIVE_FILE);
305 }
306
307 static inline bool is_active_lru(enum lru_list lru)
308 {
309         return (lru == LRU_ACTIVE_ANON || lru == LRU_ACTIVE_FILE);
310 }
311
312 #define ANON_AND_FILE 2
313
314 enum lruvec_flags {
315         LRUVEC_CONGESTED,               /* lruvec has many dirty pages
316                                          * backed by a congested BDI
317                                          */
318 };
319
320 struct lruvec {
321         struct list_head                lists[NR_LRU_LISTS];
322         /* per lruvec lru_lock for memcg */
323         spinlock_t                      lru_lock;
324         /*
325          * These track the cost of reclaiming one LRU - file or anon -
326          * over the other. As the observed cost of reclaiming one LRU
327          * increases, the reclaim scan balance tips toward the other.
328          */
329         unsigned long                   anon_cost;
330         unsigned long                   file_cost;
331         /* Non-resident age, driven by LRU movement */
332         atomic_long_t                   nonresident_age;
333         /* Refaults at the time of last reclaim cycle */
334         unsigned long                   refaults[ANON_AND_FILE];
335         /* Various lruvec state flags (enum lruvec_flags) */
336         unsigned long                   flags;
337 #ifdef CONFIG_MEMCG
338         struct pglist_data *pgdat;
339 #endif
340 };
341
342 /* Isolate unmapped pages */
343 #define ISOLATE_UNMAPPED        ((__force isolate_mode_t)0x2)
344 /* Isolate for asynchronous migration */
345 #define ISOLATE_ASYNC_MIGRATE   ((__force isolate_mode_t)0x4)
346 /* Isolate unevictable pages */
347 #define ISOLATE_UNEVICTABLE     ((__force isolate_mode_t)0x8)
348
349 /* LRU Isolation modes. */
350 typedef unsigned __bitwise isolate_mode_t;
351
352 enum zone_watermarks {
353         WMARK_MIN,
354         WMARK_LOW,
355         WMARK_HIGH,
356         NR_WMARK
357 };
358
359 /*
360  * One per migratetype for each PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER plus one additional
361  * for pageblock size for THP if configured.
362  */
363 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
364 #define NR_PCP_THP 1
365 #else
366 #define NR_PCP_THP 0
367 #endif
368 #define NR_PCP_LISTS (MIGRATE_PCPTYPES * (PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1 + NR_PCP_THP))
369
370 /*
371  * Shift to encode migratetype and order in the same integer, with order
372  * in the least significant bits.
373  */
374 #define NR_PCP_ORDER_WIDTH 8
375 #define NR_PCP_ORDER_MASK ((1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH) - 1)
376
377 #define min_wmark_pages(z) (z->_watermark[WMARK_MIN] + z->watermark_boost)
378 #define low_wmark_pages(z) (z->_watermark[WMARK_LOW] + z->watermark_boost)
379 #define high_wmark_pages(z) (z->_watermark[WMARK_HIGH] + z->watermark_boost)
380 #define wmark_pages(z, i) (z->_watermark[i] + z->watermark_boost)
381
382 /* Fields and list protected by pagesets local_lock in page_alloc.c */
383 struct per_cpu_pages {
384         int count;              /* number of pages in the list */
385         int high;               /* high watermark, emptying needed */
386         int batch;              /* chunk size for buddy add/remove */
387         short free_factor;      /* batch scaling factor during free */
388 #ifdef CONFIG_NUMA
389         short expire;           /* When 0, remote pagesets are drained */
390 #endif
391
392         /* Lists of pages, one per migrate type stored on the pcp-lists */
393         struct list_head lists[NR_PCP_LISTS];
394 };
395
396 struct per_cpu_zonestat {
397 #ifdef CONFIG_SMP
398         s8 vm_stat_diff[NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS];
399         s8 stat_threshold;
400 #endif
401 #ifdef CONFIG_NUMA
402         /*
403          * Low priority inaccurate counters that are only folded
404          * on demand. Use a large type to avoid the overhead of
405          * folding during refresh_cpu_vm_stats.
406          */
407         unsigned long vm_numa_event[NR_VM_NUMA_EVENT_ITEMS];
408 #endif
409 };
410
411 struct per_cpu_nodestat {
412         s8 stat_threshold;
413         s8 vm_node_stat_diff[NR_VM_NODE_STAT_ITEMS];
414 };
415
416 #endif /* !__GENERATING_BOUNDS.H */
417
418 enum zone_type {
419         /*
420          * ZONE_DMA and ZONE_DMA32 are used when there are peripherals not able
421          * to DMA to all of the addressable memory (ZONE_NORMAL).
422          * On architectures where this area covers the whole 32 bit address
423          * space ZONE_DMA32 is used. ZONE_DMA is left for the ones with smaller
424          * DMA addressing constraints. This distinction is important as a 32bit
425          * DMA mask is assumed when ZONE_DMA32 is defined. Some 64-bit
426          * platforms may need both zones as they support peripherals with
427          * different DMA addressing limitations.
428          */
429 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
430         ZONE_DMA,
431 #endif
432 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
433         ZONE_DMA32,
434 #endif
435         /*
436          * Normal addressable memory is in ZONE_NORMAL. DMA operations can be
437          * performed on pages in ZONE_NORMAL if the DMA devices support
438          * transfers to all addressable memory.
439          */
440         ZONE_NORMAL,
441 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
442         /*
443          * A memory area that is only addressable by the kernel through
444          * mapping portions into its own address space. This is for example
445          * used by i386 to allow the kernel to address the memory beyond
446          * 900MB. The kernel will set up special mappings (page
447          * table entries on i386) for each page that the kernel needs to
448          * access.
449          */
450         ZONE_HIGHMEM,
451 #endif
452         /*
453          * ZONE_MOVABLE is similar to ZONE_NORMAL, except that it contains
454          * movable pages with few exceptional cases described below. Main use
455          * cases for ZONE_MOVABLE are to make memory offlining/unplug more
456          * likely to succeed, and to locally limit unmovable allocations - e.g.,
457          * to increase the number of THP/huge pages. Notable special cases are:
458          *
459          * 1. Pinned pages: (long-term) pinning of movable pages might
460          *    essentially turn such pages unmovable. Therefore, we do not allow
461          *    pinning long-term pages in ZONE_MOVABLE. When pages are pinned and
462          *    faulted, they come from the right zone right away. However, it is
463          *    still possible that address space already has pages in
464          *    ZONE_MOVABLE at the time when pages are pinned (i.e. user has
465          *    touches that memory before pinning). In such case we migrate them
466          *    to a different zone. When migration fails - pinning fails.
467          * 2. memblock allocations: kernelcore/movablecore setups might create
468          *    situations where ZONE_MOVABLE contains unmovable allocations
469          *    after boot. Memory offlining and allocations fail early.
470          * 3. Memory holes: kernelcore/movablecore setups might create very rare
471          *    situations where ZONE_MOVABLE contains memory holes after boot,
472          *    for example, if we have sections that are only partially
473          *    populated. Memory offlining and allocations fail early.
474          * 4. PG_hwpoison pages: while poisoned pages can be skipped during
475          *    memory offlining, such pages cannot be allocated.
476          * 5. Unmovable PG_offline pages: in paravirtualized environments,
477          *    hotplugged memory blocks might only partially be managed by the
478          *    buddy (e.g., via XEN-balloon, Hyper-V balloon, virtio-mem). The
479          *    parts not manged by the buddy are unmovable PG_offline pages. In
480          *    some cases (virtio-mem), such pages can be skipped during
481          *    memory offlining, however, cannot be moved/allocated. These
482          *    techniques might use alloc_contig_range() to hide previously
483          *    exposed pages from the buddy again (e.g., to implement some sort
484          *    of memory unplug in virtio-mem).
485          * 6. ZERO_PAGE(0), kernelcore/movablecore setups might create
486          *    situations where ZERO_PAGE(0) which is allocated differently
487          *    on different platforms may end up in a movable zone. ZERO_PAGE(0)
488          *    cannot be migrated.
489          * 7. Memory-hotplug: when using memmap_on_memory and onlining the
490          *    memory to the MOVABLE zone, the vmemmap pages are also placed in
491          *    such zone. Such pages cannot be really moved around as they are
492          *    self-stored in the range, but they are treated as movable when
493          *    the range they describe is about to be offlined.
494          *
495          * In general, no unmovable allocations that degrade memory offlining
496          * should end up in ZONE_MOVABLE. Allocators (like alloc_contig_range())
497          * have to expect that migrating pages in ZONE_MOVABLE can fail (even
498          * if has_unmovable_pages() states that there are no unmovable pages,
499          * there can be false negatives).
500          */
501         ZONE_MOVABLE,
502 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
503         ZONE_DEVICE,
504 #endif
505         __MAX_NR_ZONES
506
507 };
508
509 #ifndef __GENERATING_BOUNDS_H
510
511 #define ASYNC_AND_SYNC 2
512
513 struct zone {
514         /* Read-mostly fields */
515
516         /* zone watermarks, access with *_wmark_pages(zone) macros */
517         unsigned long _watermark[NR_WMARK];
518         unsigned long watermark_boost;
519
520         unsigned long nr_reserved_highatomic;
521
522         /*
523          * We don't know if the memory that we're going to allocate will be
524          * freeable or/and it will be released eventually, so to avoid totally
525          * wasting several GB of ram we must reserve some of the lower zone
526          * memory (otherwise we risk to run OOM on the lower zones despite
527          * there being tons of freeable ram on the higher zones).  This array is
528          * recalculated at runtime if the sysctl_lowmem_reserve_ratio sysctl
529          * changes.
530          */
531         long lowmem_reserve[MAX_NR_ZONES];
532
533 #ifdef CONFIG_NUMA
534         int node;
535 #endif
536         struct pglist_data      *zone_pgdat;
537         struct per_cpu_pages    __percpu *per_cpu_pageset;
538         struct per_cpu_zonestat __percpu *per_cpu_zonestats;
539         /*
540          * the high and batch values are copied to individual pagesets for
541          * faster access
542          */
543         int pageset_high;
544         int pageset_batch;
545
546 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
547         /*
548          * Flags for a pageblock_nr_pages block. See pageblock-flags.h.
549          * In SPARSEMEM, this map is stored in struct mem_section
550          */
551         unsigned long           *pageblock_flags;
552 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
553
554         /* zone_start_pfn == zone_start_paddr >> PAGE_SHIFT */
555         unsigned long           zone_start_pfn;
556
557         /*
558          * spanned_pages is the total pages spanned by the zone, including
559          * holes, which is calculated as:
560          *      spanned_pages = zone_end_pfn - zone_start_pfn;
561          *
562          * present_pages is physical pages existing within the zone, which
563          * is calculated as:
564          *      present_pages = spanned_pages - absent_pages(pages in holes);
565          *
566          * present_early_pages is present pages existing within the zone
567          * located on memory available since early boot, excluding hotplugged
568          * memory.
569          *
570          * managed_pages is present pages managed by the buddy system, which
571          * is calculated as (reserved_pages includes pages allocated by the
572          * bootmem allocator):
573          *      managed_pages = present_pages - reserved_pages;
574          *
575          * cma pages is present pages that are assigned for CMA use
576          * (MIGRATE_CMA).
577          *
578          * So present_pages may be used by memory hotplug or memory power
579          * management logic to figure out unmanaged pages by checking
580          * (present_pages - managed_pages). And managed_pages should be used
581          * by page allocator and vm scanner to calculate all kinds of watermarks
582          * and thresholds.
583          *
584          * Locking rules:
585          *
586          * zone_start_pfn and spanned_pages are protected by span_seqlock.
587          * It is a seqlock because it has to be read outside of zone->lock,
588          * and it is done in the main allocator path.  But, it is written
589          * quite infrequently.
590          *
591          * The span_seq lock is declared along with zone->lock because it is
592          * frequently read in proximity to zone->lock.  It's good to
593          * give them a chance of being in the same cacheline.
594          *
595          * Write access to present_pages at runtime should be protected by
596          * mem_hotplug_begin/end(). Any reader who can't tolerant drift of
597          * present_pages should get_online_mems() to get a stable value.
598          */
599         atomic_long_t           managed_pages;
600         unsigned long           spanned_pages;
601         unsigned long           present_pages;
602 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
603         unsigned long           present_early_pages;
604 #endif
605 #ifdef CONFIG_CMA
606         unsigned long           cma_pages;
607 #endif
608
609         const char              *name;
610
611 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
612         /*
613          * Number of isolated pageblock. It is used to solve incorrect
614          * freepage counting problem due to racy retrieving migratetype
615          * of pageblock. Protected by zone->lock.
616          */
617         unsigned long           nr_isolate_pageblock;
618 #endif
619
620 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
621         /* see spanned/present_pages for more description */
622         seqlock_t               span_seqlock;
623 #endif
624
625         int initialized;
626
627         /* Write-intensive fields used from the page allocator */
628         ZONE_PADDING(_pad1_)
629
630         /* free areas of different sizes */
631         struct free_area        free_area[MAX_ORDER];
632
633         /* zone flags, see below */
634         unsigned long           flags;
635
636         /* Primarily protects free_area */
637         spinlock_t              lock;
638
639         /* Write-intensive fields used by compaction and vmstats. */
640         ZONE_PADDING(_pad2_)
641
642         /*
643          * When free pages are below this point, additional steps are taken
644          * when reading the number of free pages to avoid per-cpu counter
645          * drift allowing watermarks to be breached
646          */
647         unsigned long percpu_drift_mark;
648
649 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
650         /* pfn where compaction free scanner should start */
651         unsigned long           compact_cached_free_pfn;
652         /* pfn where compaction migration scanner should start */
653         unsigned long           compact_cached_migrate_pfn[ASYNC_AND_SYNC];
654         unsigned long           compact_init_migrate_pfn;
655         unsigned long           compact_init_free_pfn;
656 #endif
657
658 #ifdef CONFIG_COMPACTION
659         /*
660          * On compaction failure, 1<<compact_defer_shift compactions
661          * are skipped before trying again. The number attempted since
662          * last failure is tracked with compact_considered.
663          * compact_order_failed is the minimum compaction failed order.
664          */
665         unsigned int            compact_considered;
666         unsigned int            compact_defer_shift;
667         int                     compact_order_failed;
668 #endif
669
670 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
671         /* Set to true when the PG_migrate_skip bits should be cleared */
672         bool                    compact_blockskip_flush;
673 #endif
674
675         bool                    contiguous;
676
677         ZONE_PADDING(_pad3_)
678         /* Zone statistics */
679         atomic_long_t           vm_stat[NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS];
680         atomic_long_t           vm_numa_event[NR_VM_NUMA_EVENT_ITEMS];
681 } ____cacheline_internodealigned_in_smp;
682
683 enum pgdat_flags {
684         PGDAT_DIRTY,                    /* reclaim scanning has recently found
685                                          * many dirty file pages at the tail
686                                          * of the LRU.
687                                          */
688         PGDAT_WRITEBACK,                /* reclaim scanning has recently found
689                                          * many pages under writeback
690                                          */
691         PGDAT_RECLAIM_LOCKED,           /* prevents concurrent reclaim */
692 };
693
694 enum zone_flags {
695         ZONE_BOOSTED_WATERMARK,         /* zone recently boosted watermarks.
696                                          * Cleared when kswapd is woken.
697                                          */
698         ZONE_RECLAIM_ACTIVE,            /* kswapd may be scanning the zone. */
699 };
700
701 static inline unsigned long zone_managed_pages(struct zone *zone)
702 {
703         return (unsigned long)atomic_long_read(&zone->managed_pages);
704 }
705
706 static inline unsigned long zone_cma_pages(struct zone *zone)
707 {
708 #ifdef CONFIG_CMA
709         return zone->cma_pages;
710 #else
711         return 0;
712 #endif
713 }
714
715 static inline unsigned long zone_end_pfn(const struct zone *zone)
716 {
717         return zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
718 }
719
720 static inline bool zone_spans_pfn(const struct zone *zone, unsigned long pfn)
721 {
722         return zone->zone_start_pfn <= pfn && pfn < zone_end_pfn(zone);
723 }
724
725 static inline bool zone_is_initialized(struct zone *zone)
726 {
727         return zone->initialized;
728 }
729
730 static inline bool zone_is_empty(struct zone *zone)
731 {
732         return zone->spanned_pages == 0;
733 }
734
735 /*
736  * Return true if [start_pfn, start_pfn + nr_pages) range has a non-empty
737  * intersection with the given zone
738  */
739 static inline bool zone_intersects(struct zone *zone,
740                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
741 {
742         if (zone_is_empty(zone))
743                 return false;
744         if (start_pfn >= zone_end_pfn(zone) ||
745             start_pfn + nr_pages <= zone->zone_start_pfn)
746                 return false;
747
748         return true;
749 }
750
751 /*
752  * The "priority" of VM scanning is how much of the queues we will scan in one
753  * go. A value of 12 for DEF_PRIORITY implies that we will scan 1/4096th of the
754  * queues ("queue_length >> 12") during an aging round.
755  */
756 #define DEF_PRIORITY 12
757
758 /* Maximum number of zones on a zonelist */
759 #define MAX_ZONES_PER_ZONELIST (MAX_NUMNODES * MAX_NR_ZONES)
760
761 enum {
762         ZONELIST_FALLBACK,      /* zonelist with fallback */
763 #ifdef CONFIG_NUMA
764         /*
765          * The NUMA zonelists are doubled because we need zonelists that
766          * restrict the allocations to a single node for __GFP_THISNODE.
767          */
768         ZONELIST_NOFALLBACK,    /* zonelist without fallback (__GFP_THISNODE) */
769 #endif
770         MAX_ZONELISTS
771 };
772
773 /*
774  * This struct contains information about a zone in a zonelist. It is stored
775  * here to avoid dereferences into large structures and lookups of tables
776  */
777 struct zoneref {
778         struct zone *zone;      /* Pointer to actual zone */
779         int zone_idx;           /* zone_idx(zoneref->zone) */
780 };
781
782 /*
783  * One allocation request operates on a zonelist. A zonelist
784  * is a list of zones, the first one is the 'goal' of the
785  * allocation, the other zones are fallback zones, in decreasing
786  * priority.
787  *
788  * To speed the reading of the zonelist, the zonerefs contain the zone index
789  * of the entry being read. Helper functions to access information given
790  * a struct zoneref are
791  *
792  * zonelist_zone()      - Return the struct zone * for an entry in _zonerefs
793  * zonelist_zone_idx()  - Return the index of the zone for an entry
794  * zonelist_node_idx()  - Return the index of the node for an entry
795  */
796 struct zonelist {
797         struct zoneref _zonerefs[MAX_ZONES_PER_ZONELIST + 1];
798 };
799
800 /*
801  * The array of struct pages for flatmem.
802  * It must be declared for SPARSEMEM as well because there are configurations
803  * that rely on that.
804  */
805 extern struct page *mem_map;
806
807 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
808 struct deferred_split {
809         spinlock_t split_queue_lock;
810         struct list_head split_queue;
811         unsigned long split_queue_len;
812 };
813 #endif
814
815 /*
816  * On NUMA machines, each NUMA node would have a pg_data_t to describe
817  * it's memory layout. On UMA machines there is a single pglist_data which
818  * describes the whole memory.
819  *
820  * Memory statistics and page replacement data structures are maintained on a
821  * per-zone basis.
822  */
823 typedef struct pglist_data {
824         /*
825          * node_zones contains just the zones for THIS node. Not all of the
826          * zones may be populated, but it is the full list. It is referenced by
827          * this node's node_zonelists as well as other node's node_zonelists.
828          */
829         struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];
830
831         /*
832          * node_zonelists contains references to all zones in all nodes.
833          * Generally the first zones will be references to this node's
834          * node_zones.
835          */
836         struct zonelist node_zonelists[MAX_ZONELISTS];
837
838         int nr_zones; /* number of populated zones in this node */
839 #ifdef CONFIG_FLATMEM   /* means !SPARSEMEM */
840         struct page *node_mem_map;
841 #ifdef CONFIG_PAGE_EXTENSION
842         struct page_ext *node_page_ext;
843 #endif
844 #endif
845 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG) || defined(CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT)
846         /*
847          * Must be held any time you expect node_start_pfn,
848          * node_present_pages, node_spanned_pages or nr_zones to stay constant.
849          * Also synchronizes pgdat->first_deferred_pfn during deferred page
850          * init.
851          *
852          * pgdat_resize_lock() and pgdat_resize_unlock() are provided to
853          * manipulate node_size_lock without checking for CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
854          * or CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT.
855          *
856          * Nests above zone->lock and zone->span_seqlock
857          */
858         spinlock_t node_size_lock;
859 #endif
860         unsigned long node_start_pfn;
861         unsigned long node_present_pages; /* total number of physical pages */
862         unsigned long node_spanned_pages; /* total size of physical page
863                                              range, including holes */
864         int node_id;
865         wait_queue_head_t kswapd_wait;
866         wait_queue_head_t pfmemalloc_wait;
867
868         /* workqueues for throttling reclaim for different reasons. */
869         wait_queue_head_t reclaim_wait[NR_VMSCAN_THROTTLE];
870
871         atomic_t nr_writeback_throttled;/* nr of writeback-throttled tasks */
872         unsigned long nr_reclaim_start; /* nr pages written while throttled
873                                          * when throttling started. */
874         struct task_struct *kswapd;     /* Protected by
875                                            mem_hotplug_begin/end() */
876         int kswapd_order;
877         enum zone_type kswapd_highest_zoneidx;
878
879         int kswapd_failures;            /* Number of 'reclaimed == 0' runs */
880
881 #ifdef CONFIG_COMPACTION
882         int kcompactd_max_order;
883         enum zone_type kcompactd_highest_zoneidx;
884         wait_queue_head_t kcompactd_wait;
885         struct task_struct *kcompactd;
886         bool proactive_compact_trigger;
887 #endif
888         /*
889          * This is a per-node reserve of pages that are not available
890          * to userspace allocations.
891          */
892         unsigned long           totalreserve_pages;
893
894 #ifdef CONFIG_NUMA
895         /*
896          * node reclaim becomes active if more unmapped pages exist.
897          */
898         unsigned long           min_unmapped_pages;
899         unsigned long           min_slab_pages;
900 #endif /* CONFIG_NUMA */
901
902         /* Write-intensive fields used by page reclaim */
903         ZONE_PADDING(_pad1_)
904
905 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
906         /*
907          * If memory initialisation on large machines is deferred then this
908          * is the first PFN that needs to be initialised.
909          */
910         unsigned long first_deferred_pfn;
911 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
912
913 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
914         struct deferred_split deferred_split_queue;
915 #endif
916
917         /* Fields commonly accessed by the page reclaim scanner */
918
919         /*
920          * NOTE: THIS IS UNUSED IF MEMCG IS ENABLED.
921          *
922          * Use mem_cgroup_lruvec() to look up lruvecs.
923          */
924         struct lruvec           __lruvec;
925
926         unsigned long           flags;
927
928         ZONE_PADDING(_pad2_)
929
930         /* Per-node vmstats */
931         struct per_cpu_nodestat __percpu *per_cpu_nodestats;
932         atomic_long_t           vm_stat[NR_VM_NODE_STAT_ITEMS];
933 } pg_data_t;
934
935 #define node_present_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_present_pages)
936 #define node_spanned_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_spanned_pages)
937
938 #define node_start_pfn(nid)     (NODE_DATA(nid)->node_start_pfn)
939 #define node_end_pfn(nid) pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid))
940
941 static inline unsigned long pgdat_end_pfn(pg_data_t *pgdat)
942 {
943         return pgdat->node_start_pfn + pgdat->node_spanned_pages;
944 }
945
946 static inline bool pgdat_is_empty(pg_data_t *pgdat)
947 {
948         return !pgdat->node_start_pfn && !pgdat->node_spanned_pages;
949 }
950
951 #include <linux/memory_hotplug.h>
952
953 void build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat);
954 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, int order,
955                    enum zone_type highest_zoneidx);
956 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
957                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
958                          long free_pages);
959 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
960                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
961                 unsigned int alloc_flags);
962 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
963                 unsigned long mark, int highest_zoneidx);
964 /*
965  * Memory initialization context, use to differentiate memory added by
966  * the platform statically or via memory hotplug interface.
967  */
968 enum meminit_context {
969         MEMINIT_EARLY,
970         MEMINIT_HOTPLUG,
971 };
972
973 extern void init_currently_empty_zone(struct zone *zone, unsigned long start_pfn,
974                                      unsigned long size);
975
976 extern void lruvec_init(struct lruvec *lruvec);
977
978 static inline struct pglist_data *lruvec_pgdat(struct lruvec *lruvec)
979 {
980 #ifdef CONFIG_MEMCG
981         return lruvec->pgdat;
982 #else
983         return container_of(lruvec, struct pglist_data, __lruvec);
984 #endif
985 }
986
987 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
988 int local_memory_node(int node_id);
989 #else
990 static inline int local_memory_node(int node_id) { return node_id; };
991 #endif
992
993 /*
994  * zone_idx() returns 0 for the ZONE_DMA zone, 1 for the ZONE_NORMAL zone, etc.
995  */
996 #define zone_idx(zone)          ((zone) - (zone)->zone_pgdat->node_zones)
997
998 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
999 static inline bool zone_is_zone_device(struct zone *zone)
1000 {
1001         return zone_idx(zone) == ZONE_DEVICE;
1002 }
1003 #else
1004 static inline bool zone_is_zone_device(struct zone *zone)
1005 {
1006         return false;
1007 }
1008 #endif
1009
1010 /*
1011  * Returns true if a zone has pages managed by the buddy allocator.
1012  * All the reclaim decisions have to use this function rather than
1013  * populated_zone(). If the whole zone is reserved then we can easily
1014  * end up with populated_zone() && !managed_zone().
1015  */
1016 static inline bool managed_zone(struct zone *zone)
1017 {
1018         return zone_managed_pages(zone);
1019 }
1020
1021 /* Returns true if a zone has memory */
1022 static inline bool populated_zone(struct zone *zone)
1023 {
1024         return zone->present_pages;
1025 }
1026
1027 #ifdef CONFIG_NUMA
1028 static inline int zone_to_nid(struct zone *zone)
1029 {
1030         return zone->node;
1031 }
1032
1033 static inline void zone_set_nid(struct zone *zone, int nid)
1034 {
1035         zone->node = nid;
1036 }
1037 #else
1038 static inline int zone_to_nid(struct zone *zone)
1039 {
1040         return 0;
1041 }
1042
1043 static inline void zone_set_nid(struct zone *zone, int nid) {}
1044 #endif
1045
1046 extern int movable_zone;
1047
1048 static inline int is_highmem_idx(enum zone_type idx)
1049 {
1050 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1051         return (idx == ZONE_HIGHMEM ||
1052                 (idx == ZONE_MOVABLE && movable_zone == ZONE_HIGHMEM));
1053 #else
1054         return 0;
1055 #endif
1056 }
1057
1058 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
1059 bool has_managed_dma(void);
1060 #else
1061 static inline bool has_managed_dma(void)
1062 {
1063         return false;
1064 }
1065 #endif
1066
1067 /**
1068  * is_highmem - helper function to quickly check if a struct zone is a
1069  *              highmem zone or not.  This is an attempt to keep references
1070  *              to ZONE_{DMA/NORMAL/HIGHMEM/etc} in general code to a minimum.
1071  * @zone: pointer to struct zone variable
1072  * Return: 1 for a highmem zone, 0 otherwise
1073  */
1074 static inline int is_highmem(struct zone *zone)
1075 {
1076 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1077         return is_highmem_idx(zone_idx(zone));
1078 #else
1079         return 0;
1080 #endif
1081 }
1082
1083 /* These two functions are used to setup the per zone pages min values */
1084 struct ctl_table;
1085
1086 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, void *, size_t *,
1087                 loff_t *);
1088 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, void *,
1089                 size_t *, loff_t *);
1090 extern int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES];
1091 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int, void *,
1092                 size_t *, loff_t *);
1093 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1094                 void *, size_t *, loff_t *);
1095 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1096                 void *, size_t *, loff_t *);
1097 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1098                 void *, size_t *, loff_t *);
1099 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *, int,
1100                 void *, size_t *, loff_t *);
1101 extern int percpu_pagelist_high_fraction;
1102 extern char numa_zonelist_order[];
1103 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
1104
1105 #ifndef CONFIG_NUMA
1106
1107 extern struct pglist_data contig_page_data;
1108 static inline struct pglist_data *NODE_DATA(int nid)
1109 {
1110         return &contig_page_data;
1111 }
1112
1113 #else /* CONFIG_NUMA */
1114
1115 #include <asm/mmzone.h>
1116
1117 #endif /* !CONFIG_NUMA */
1118
1119 extern struct pglist_data *first_online_pgdat(void);
1120 extern struct pglist_data *next_online_pgdat(struct pglist_data *pgdat);
1121 extern struct zone *next_zone(struct zone *zone);
1122
1123 /**
1124  * for_each_online_pgdat - helper macro to iterate over all online nodes
1125  * @pgdat: pointer to a pg_data_t variable
1126  */
1127 #define for_each_online_pgdat(pgdat)                    \
1128         for (pgdat = first_online_pgdat();              \
1129              pgdat;                                     \
1130              pgdat = next_online_pgdat(pgdat))
1131 /**
1132  * for_each_zone - helper macro to iterate over all memory zones
1133  * @zone: pointer to struct zone variable
1134  *
1135  * The user only needs to declare the zone variable, for_each_zone
1136  * fills it in.
1137  */
1138 #define for_each_zone(zone)                             \
1139         for (zone = (first_online_pgdat())->node_zones; \
1140              zone;                                      \
1141              zone = next_zone(zone))
1142
1143 #define for_each_populated_zone(zone)                   \
1144         for (zone = (first_online_pgdat())->node_zones; \
1145              zone;                                      \
1146              zone = next_zone(zone))                    \
1147                 if (!populated_zone(zone))              \
1148                         ; /* do nothing */              \
1149                 else
1150
1151 static inline struct zone *zonelist_zone(struct zoneref *zoneref)
1152 {
1153         return zoneref->zone;
1154 }
1155
1156 static inline int zonelist_zone_idx(struct zoneref *zoneref)
1157 {
1158         return zoneref->zone_idx;
1159 }
1160
1161 static inline int zonelist_node_idx(struct zoneref *zoneref)
1162 {
1163         return zone_to_nid(zoneref->zone);
1164 }
1165
1166 struct zoneref *__next_zones_zonelist(struct zoneref *z,
1167                                         enum zone_type highest_zoneidx,
1168                                         nodemask_t *nodes);
1169
1170 /**
1171  * 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
1172  * @z: The cursor used as a starting point for the search
1173  * @highest_zoneidx: The zone index of the highest zone to return
1174  * @nodes: An optional nodemask to filter the zonelist with
1175  *
1176  * This function returns the next zone at or below a given zone index that is
1177  * within the allowed nodemask using a cursor as the starting point for the
1178  * search. The zoneref returned is a cursor that represents the current zone
1179  * being examined. It should be advanced by one before calling
1180  * next_zones_zonelist again.
1181  *
1182  * Return: the next zone at or below highest_zoneidx within the allowed
1183  * nodemask using a cursor within a zonelist as a starting point
1184  */
1185 static __always_inline struct zoneref *next_zones_zonelist(struct zoneref *z,
1186                                         enum zone_type highest_zoneidx,
1187                                         nodemask_t *nodes)
1188 {
1189         if (likely(!nodes && zonelist_zone_idx(z) <= highest_zoneidx))
1190                 return z;
1191         return __next_zones_zonelist(z, highest_zoneidx, nodes);
1192 }
1193
1194 /**
1195  * first_zones_zonelist - Returns the first zone at or below highest_zoneidx within the allowed nodemask in a zonelist
1196  * @zonelist: The zonelist to search for a suitable zone
1197  * @highest_zoneidx: The zone index of the highest zone to return
1198  * @nodes: An optional nodemask to filter the zonelist with
1199  *
1200  * This function returns the first zone at or below a given zone index that is
1201  * within the allowed nodemask. The zoneref returned is a cursor that can be
1202  * used to iterate the zonelist with next_zones_zonelist by advancing it by
1203  * one before calling.
1204  *
1205  * When no eligible zone is found, zoneref->zone is NULL (zoneref itself is
1206  * never NULL). This may happen either genuinely, or due to concurrent nodemask
1207  * update due to cpuset modification.
1208  *
1209  * Return: Zoneref pointer for the first suitable zone found
1210  */
1211 static inline struct zoneref *first_zones_zonelist(struct zonelist *zonelist,
1212                                         enum zone_type highest_zoneidx,
1213                                         nodemask_t *nodes)
1214 {
1215         return next_zones_zonelist(zonelist->_zonerefs,
1216                                                         highest_zoneidx, nodes);
1217 }
1218
1219 /**
1220  * 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
1221  * @zone: The current zone in the iterator
1222  * @z: The current pointer within zonelist->_zonerefs being iterated
1223  * @zlist: The zonelist being iterated
1224  * @highidx: The zone index of the highest zone to return
1225  * @nodemask: Nodemask allowed by the allocator
1226  *
1227  * This iterator iterates though all zones at or below a given zone index and
1228  * within a given nodemask
1229  */
1230 #define for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zlist, highidx, nodemask) \
1231         for (z = first_zones_zonelist(zlist, highidx, nodemask), zone = zonelist_zone(z);       \
1232                 zone;                                                   \
1233                 z = next_zones_zonelist(++z, highidx, nodemask),        \
1234                         zone = zonelist_zone(z))
1235
1236 #define for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, highidx, nodemask) \
1237         for (zone = z->zone;    \
1238                 zone;                                                   \
1239                 z = next_zones_zonelist(++z, highidx, nodemask),        \
1240                         zone = zonelist_zone(z))
1241
1242
1243 /**
1244  * for_each_zone_zonelist - helper macro to iterate over valid zones in a zonelist at or below a given zone index
1245  * @zone: The current zone in the iterator
1246  * @z: The current pointer within zonelist->zones being iterated
1247  * @zlist: The zonelist being iterated
1248  * @highidx: The zone index of the highest zone to return
1249  *
1250  * This iterator iterates though all zones at or below a given zone index.
1251  */
1252 #define for_each_zone_zonelist(zone, z, zlist, highidx) \
1253         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zlist, highidx, NULL)
1254
1255 /* Whether the 'nodes' are all movable nodes */
1256 static inline bool movable_only_nodes(nodemask_t *nodes)
1257 {
1258         struct zonelist *zonelist;
1259         struct zoneref *z;
1260         int nid;
1261
1262         if (nodes_empty(*nodes))
1263                 return false;
1264
1265         /*
1266          * We can chose arbitrary node from the nodemask to get a
1267          * zonelist as they are interlinked. We just need to find
1268          * at least one zone that can satisfy kernel allocations.
1269          */
1270         nid = first_node(*nodes);
1271         zonelist = &NODE_DATA(nid)->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
1272         z = first_zones_zonelist(zonelist, ZONE_NORMAL, nodes);
1273         return (!z->zone) ? true : false;
1274 }
1275
1276
1277 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
1278 #include <asm/sparsemem.h>
1279 #endif
1280
1281 #ifdef CONFIG_FLATMEM
1282 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
1283 #endif
1284
1285 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
1286
1287 /*
1288  * PA_SECTION_SHIFT             physical address to/from section number
1289  * PFN_SECTION_SHIFT            pfn to/from section number
1290  */
1291 #define PA_SECTION_SHIFT        (SECTION_SIZE_BITS)
1292 #define PFN_SECTION_SHIFT       (SECTION_SIZE_BITS - PAGE_SHIFT)
1293
1294 #define NR_MEM_SECTIONS         (1UL << SECTIONS_SHIFT)
1295
1296 #define PAGES_PER_SECTION       (1UL << PFN_SECTION_SHIFT)
1297 #define PAGE_SECTION_MASK       (~(PAGES_PER_SECTION-1))
1298
1299 #define SECTION_BLOCKFLAGS_BITS \
1300         ((1UL << (PFN_SECTION_SHIFT - pageblock_order)) * NR_PAGEBLOCK_BITS)
1301
1302 #if (MAX_ORDER - 1 + PAGE_SHIFT) > SECTION_SIZE_BITS
1303 #error Allocator MAX_ORDER exceeds SECTION_SIZE
1304 #endif
1305
1306 static inline unsigned long pfn_to_section_nr(unsigned long pfn)
1307 {
1308         return pfn >> PFN_SECTION_SHIFT;
1309 }
1310 static inline unsigned long section_nr_to_pfn(unsigned long sec)
1311 {
1312         return sec << PFN_SECTION_SHIFT;
1313 }
1314
1315 #define SECTION_ALIGN_UP(pfn)   (((pfn) + PAGES_PER_SECTION - 1) & PAGE_SECTION_MASK)
1316 #define SECTION_ALIGN_DOWN(pfn) ((pfn) & PAGE_SECTION_MASK)
1317
1318 #define SUBSECTION_SHIFT 21
1319 #define SUBSECTION_SIZE (1UL << SUBSECTION_SHIFT)
1320
1321 #define PFN_SUBSECTION_SHIFT (SUBSECTION_SHIFT - PAGE_SHIFT)
1322 #define PAGES_PER_SUBSECTION (1UL << PFN_SUBSECTION_SHIFT)
1323 #define PAGE_SUBSECTION_MASK (~(PAGES_PER_SUBSECTION-1))
1324
1325 #if SUBSECTION_SHIFT > SECTION_SIZE_BITS
1326 #error Subsection size exceeds section size
1327 #else
1328 #define SUBSECTIONS_PER_SECTION (1UL << (SECTION_SIZE_BITS - SUBSECTION_SHIFT))
1329 #endif
1330
1331 #define SUBSECTION_ALIGN_UP(pfn) ALIGN((pfn), PAGES_PER_SUBSECTION)
1332 #define SUBSECTION_ALIGN_DOWN(pfn) ((pfn) & PAGE_SUBSECTION_MASK)
1333
1334 struct mem_section_usage {
1335 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
1336         DECLARE_BITMAP(subsection_map, SUBSECTIONS_PER_SECTION);
1337 #endif
1338         /* See declaration of similar field in struct zone */
1339         unsigned long pageblock_flags[0];
1340 };
1341
1342 void subsection_map_init(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages);
1343
1344 struct page;
1345 struct page_ext;
1346 struct mem_section {
1347         /*
1348          * This is, logically, a pointer to an array of struct
1349          * pages.  However, it is stored with some other magic.
1350          * (see sparse.c::sparse_init_one_section())
1351          *
1352          * Additionally during early boot we encode node id of
1353          * the location of the section here to guide allocation.
1354          * (see sparse.c::memory_present())
1355          *
1356          * Making it a UL at least makes someone do a cast
1357          * before using it wrong.
1358          */
1359         unsigned long section_mem_map;
1360
1361         struct mem_section_usage *usage;
1362 #ifdef CONFIG_PAGE_EXTENSION
1363         /*
1364          * If SPARSEMEM, pgdat doesn't have page_ext pointer. We use
1365          * section. (see page_ext.h about this.)
1366          */
1367         struct page_ext *page_ext;
1368         unsigned long pad;
1369 #endif
1370         /*
1371          * WARNING: mem_section must be a power-of-2 in size for the
1372          * calculation and use of SECTION_ROOT_MASK to make sense.
1373          */
1374 };
1375
1376 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
1377 #define SECTIONS_PER_ROOT       (PAGE_SIZE / sizeof (struct mem_section))
1378 #else
1379 #define SECTIONS_PER_ROOT       1
1380 #endif
1381
1382 #define SECTION_NR_TO_ROOT(sec) ((sec) / SECTIONS_PER_ROOT)
1383 #define NR_SECTION_ROOTS        DIV_ROUND_UP(NR_MEM_SECTIONS, SECTIONS_PER_ROOT)
1384 #define SECTION_ROOT_MASK       (SECTIONS_PER_ROOT - 1)
1385
1386 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
1387 extern struct mem_section **mem_section;
1388 #else
1389 extern struct mem_section mem_section[NR_SECTION_ROOTS][SECTIONS_PER_ROOT];
1390 #endif
1391
1392 static inline unsigned long *section_to_usemap(struct mem_section *ms)
1393 {
1394         return ms->usage->pageblock_flags;
1395 }
1396
1397 static inline struct mem_section *__nr_to_section(unsigned long nr)
1398 {
1399 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
1400         if (!mem_section)
1401                 return NULL;
1402 #endif
1403         if (!mem_section[SECTION_NR_TO_ROOT(nr)])
1404                 return NULL;
1405         return &mem_section[SECTION_NR_TO_ROOT(nr)][nr & SECTION_ROOT_MASK];
1406 }
1407 extern size_t mem_section_usage_size(void);
1408
1409 /*
1410  * We use the lower bits of the mem_map pointer to store
1411  * a little bit of information.  The pointer is calculated
1412  * as mem_map - section_nr_to_pfn(pnum).  The result is
1413  * aligned to the minimum alignment of the two values:
1414  *   1. All mem_map arrays are page-aligned.
1415  *   2. section_nr_to_pfn() always clears PFN_SECTION_SHIFT
1416  *      lowest bits.  PFN_SECTION_SHIFT is arch-specific
1417  *      (equal SECTION_SIZE_BITS - PAGE_SHIFT), and the
1418  *      worst combination is powerpc with 256k pages,
1419  *      which results in PFN_SECTION_SHIFT equal 6.
1420  * To sum it up, at least 6 bits are available.
1421  */
1422 #define SECTION_MARKED_PRESENT          (1UL<<0)
1423 #define SECTION_HAS_MEM_MAP             (1UL<<1)
1424 #define SECTION_IS_ONLINE               (1UL<<2)
1425 #define SECTION_IS_EARLY                (1UL<<3)
1426 #define SECTION_TAINT_ZONE_DEVICE       (1UL<<4)
1427 #define SECTION_MAP_LAST_BIT            (1UL<<5)
1428 #define SECTION_MAP_MASK                (~(SECTION_MAP_LAST_BIT-1))
1429 #define SECTION_NID_SHIFT               6
1430
1431 static inline struct page *__section_mem_map_addr(struct mem_section *section)
1432 {
1433         unsigned long map = section->section_mem_map;
1434         map &= SECTION_MAP_MASK;
1435         return (struct page *)map;
1436 }
1437
1438 static inline int present_section(struct mem_section *section)
1439 {
1440         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_MARKED_PRESENT));
1441 }
1442
1443 static inline int present_section_nr(unsigned long nr)
1444 {
1445         return present_section(__nr_to_section(nr));
1446 }
1447
1448 static inline int valid_section(struct mem_section *section)
1449 {
1450         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_HAS_MEM_MAP));
1451 }
1452
1453 static inline int early_section(struct mem_section *section)
1454 {
1455         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_IS_EARLY));
1456 }
1457
1458 static inline int valid_section_nr(unsigned long nr)
1459 {
1460         return valid_section(__nr_to_section(nr));
1461 }
1462
1463 static inline int online_section(struct mem_section *section)
1464 {
1465         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_IS_ONLINE));
1466 }
1467
1468 static inline int online_device_section(struct mem_section *section)
1469 {
1470         unsigned long flags = SECTION_IS_ONLINE | SECTION_TAINT_ZONE_DEVICE;
1471
1472         return section && ((section->section_mem_map & flags) == flags);
1473 }
1474
1475 static inline int online_section_nr(unsigned long nr)
1476 {
1477         return online_section(__nr_to_section(nr));
1478 }
1479
1480 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
1481 void online_mem_sections(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn);
1482 void offline_mem_sections(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn);
1483 #endif
1484
1485 static inline struct mem_section *__pfn_to_section(unsigned long pfn)
1486 {
1487         return __nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn));
1488 }
1489
1490 extern unsigned long __highest_present_section_nr;
1491
1492 static inline int subsection_map_index(unsigned long pfn)
1493 {
1494         return (pfn & ~(PAGE_SECTION_MASK)) / PAGES_PER_SUBSECTION;
1495 }
1496
1497 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
1498 static inline int pfn_section_valid(struct mem_section *ms, unsigned long pfn)
1499 {
1500         int idx = subsection_map_index(pfn);
1501
1502         return test_bit(idx, ms->usage->subsection_map);
1503 }
1504 #else
1505 static inline int pfn_section_valid(struct mem_section *ms, unsigned long pfn)
1506 {
1507         return 1;
1508 }
1509 #endif
1510
1511 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_PFN_VALID
1512 /**
1513  * pfn_valid - check if there is a valid memory map entry for a PFN
1514  * @pfn: the page frame number to check
1515  *
1516  * Check if there is a valid memory map entry aka struct page for the @pfn.
1517  * Note, that availability of the memory map entry does not imply that
1518  * there is actual usable memory at that @pfn. The struct page may
1519  * represent a hole or an unusable page frame.
1520  *
1521  * Return: 1 for PFNs that have memory map entries and 0 otherwise
1522  */
1523 static inline int pfn_valid(unsigned long pfn)
1524 {
1525         struct mem_section *ms;
1526
1527         /*
1528          * Ensure the upper PAGE_SHIFT bits are clear in the
1529          * pfn. Else it might lead to false positives when
1530          * some of the upper bits are set, but the lower bits
1531          * match a valid pfn.
1532          */
1533         if (PHYS_PFN(PFN_PHYS(pfn)) != pfn)
1534                 return 0;
1535
1536         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
1537                 return 0;
1538         ms = __pfn_to_section(pfn);
1539         if (!valid_section(ms))
1540                 return 0;
1541         /*
1542          * Traditionally early sections always returned pfn_valid() for
1543          * the entire section-sized span.
1544          */
1545         return early_section(ms) || pfn_section_valid(ms, pfn);
1546 }
1547 #endif
1548
1549 static inline int pfn_in_present_section(unsigned long pfn)
1550 {
1551         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
1552                 return 0;
1553         return present_section(__pfn_to_section(pfn));
1554 }
1555
1556 static inline unsigned long next_present_section_nr(unsigned long section_nr)
1557 {
1558         while (++section_nr <= __highest_present_section_nr) {
1559                 if (present_section_nr(section_nr))
1560                         return section_nr;
1561         }
1562
1563         return -1;
1564 }
1565
1566 /*
1567  * These are _only_ used during initialisation, therefore they
1568  * can use __initdata ...  They could have names to indicate
1569  * this restriction.
1570  */
1571 #ifdef CONFIG_NUMA
1572 #define pfn_to_nid(pfn)                                                 \
1573 ({                                                                      \
1574         unsigned long __pfn_to_nid_pfn = (pfn);                         \
1575         page_to_nid(pfn_to_page(__pfn_to_nid_pfn));                     \
1576 })
1577 #else
1578 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
1579 #endif
1580
1581 void sparse_init(void);
1582 #else
1583 #define sparse_init()   do {} while (0)
1584 #define sparse_index_init(_sec, _nid)  do {} while (0)
1585 #define pfn_in_present_section pfn_valid
1586 #define subsection_map_init(_pfn, _nr_pages) do {} while (0)
1587 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
1588
1589 #endif /* !__GENERATING_BOUNDS.H */
1590 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
1591 #endif /* _LINUX_MMZONE_H */