92d6fb2888e7556c4ab6a0b05cc34375b2d15ee2
[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 int is_file_lru(enum lru_list lru)
276 {
277         return (lru == LRU_INACTIVE_FILE || lru == LRU_ACTIVE_FILE);
278 }
279
280 static inline int is_active_lru(enum lru_list lru)
281 {
282         return (lru == LRU_ACTIVE_ANON || lru == LRU_ACTIVE_FILE);
283 }
284
285 struct zone_reclaim_stat {
286         /*
287          * The pageout code in vmscan.c keeps track of how many of the
288          * mem/swap backed and file backed pages are referenced.
289          * The higher the rotated/scanned ratio, the more valuable
290          * that cache is.
291          *
292          * The anon LRU stats live in [0], file LRU stats in [1]
293          */
294         unsigned long           recent_rotated[2];
295         unsigned long           recent_scanned[2];
296 };
297
298 enum lruvec_flags {
299         LRUVEC_CONGESTED,               /* lruvec has many dirty pages
300                                          * backed by a congested BDI
301                                          */
302 };
303
304 struct lruvec {
305         struct list_head                lists[NR_LRU_LISTS];
306         struct zone_reclaim_stat        reclaim_stat;
307         /* Evictions & activations on the inactive file list */
308         atomic_long_t                   inactive_age;
309         /* Refaults at the time of last reclaim cycle */
310         unsigned long                   refaults;
311         /* Various lruvec state flags (enum lruvec_flags) */
312         unsigned long                   flags;
313 #ifdef CONFIG_MEMCG
314         struct pglist_data *pgdat;
315 #endif
316 };
317
318 /* Isolate unmapped file */
319 #define ISOLATE_UNMAPPED        ((__force isolate_mode_t)0x2)
320 /* Isolate for asynchronous migration */
321 #define ISOLATE_ASYNC_MIGRATE   ((__force isolate_mode_t)0x4)
322 /* Isolate unevictable pages */
323 #define ISOLATE_UNEVICTABLE     ((__force isolate_mode_t)0x8)
324
325 /* LRU Isolation modes. */
326 typedef unsigned __bitwise isolate_mode_t;
327
328 enum zone_watermarks {
329         WMARK_MIN,
330         WMARK_LOW,
331         WMARK_HIGH,
332         NR_WMARK
333 };
334
335 #define min_wmark_pages(z) (z->_watermark[WMARK_MIN] + z->watermark_boost)
336 #define low_wmark_pages(z) (z->_watermark[WMARK_LOW] + z->watermark_boost)
337 #define high_wmark_pages(z) (z->_watermark[WMARK_HIGH] + z->watermark_boost)
338 #define wmark_pages(z, i) (z->_watermark[i] + z->watermark_boost)
339
340 struct per_cpu_pages {
341         int count;              /* number of pages in the list */
342         int high;               /* high watermark, emptying needed */
343         int batch;              /* chunk size for buddy add/remove */
344
345         /* Lists of pages, one per migrate type stored on the pcp-lists */
346         struct list_head lists[MIGRATE_PCPTYPES];
347 };
348
349 struct per_cpu_pageset {
350         struct per_cpu_pages pcp;
351 #ifdef CONFIG_NUMA
352         s8 expire;
353         u16 vm_numa_stat_diff[NR_VM_NUMA_STAT_ITEMS];
354 #endif
355 #ifdef CONFIG_SMP
356         s8 stat_threshold;
357         s8 vm_stat_diff[NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS];
358 #endif
359 };
360
361 struct per_cpu_nodestat {
362         s8 stat_threshold;
363         s8 vm_node_stat_diff[NR_VM_NODE_STAT_ITEMS];
364 };
365
366 #endif /* !__GENERATING_BOUNDS.H */
367
368 enum zone_type {
369         /*
370          * ZONE_DMA and ZONE_DMA32 are used when there are peripherals not able
371          * to DMA to all of the addressable memory (ZONE_NORMAL).
372          * On architectures where this area covers the whole 32 bit address
373          * space ZONE_DMA32 is used. ZONE_DMA is left for the ones with smaller
374          * DMA addressing constraints. This distinction is important as a 32bit
375          * DMA mask is assumed when ZONE_DMA32 is defined. Some 64-bit
376          * platforms may need both zones as they support peripherals with
377          * different DMA addressing limitations.
378          *
379          * Some examples:
380          *
381          *  - i386 and x86_64 have a fixed 16M ZONE_DMA and ZONE_DMA32 for the
382          *    rest of the lower 4G.
383          *
384          *  - arm only uses ZONE_DMA, the size, up to 4G, may vary depending on
385          *    the specific device.
386          *
387          *  - arm64 has a fixed 1G ZONE_DMA and ZONE_DMA32 for the rest of the
388          *    lower 4G.
389          *
390          *  - powerpc only uses ZONE_DMA, the size, up to 2G, may vary
391          *    depending on the specific device.
392          *
393          *  - s390 uses ZONE_DMA fixed to the lower 2G.
394          *
395          *  - ia64 and riscv only use ZONE_DMA32.
396          *
397          *  - parisc uses neither.
398          */
399 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
400         ZONE_DMA,
401 #endif
402 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
403         ZONE_DMA32,
404 #endif
405         /*
406          * Normal addressable memory is in ZONE_NORMAL. DMA operations can be
407          * performed on pages in ZONE_NORMAL if the DMA devices support
408          * transfers to all addressable memory.
409          */
410         ZONE_NORMAL,
411 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
412         /*
413          * A memory area that is only addressable by the kernel through
414          * mapping portions into its own address space. This is for example
415          * used by i386 to allow the kernel to address the memory beyond
416          * 900MB. The kernel will set up special mappings (page
417          * table entries on i386) for each page that the kernel needs to
418          * access.
419          */
420         ZONE_HIGHMEM,
421 #endif
422         ZONE_MOVABLE,
423 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
424         ZONE_DEVICE,
425 #endif
426         __MAX_NR_ZONES
427
428 };
429
430 #ifndef __GENERATING_BOUNDS_H
431
432 struct zone {
433         /* Read-mostly fields */
434
435         /* zone watermarks, access with *_wmark_pages(zone) macros */
436         unsigned long _watermark[NR_WMARK];
437         unsigned long watermark_boost;
438
439         unsigned long nr_reserved_highatomic;
440
441         /*
442          * We don't know if the memory that we're going to allocate will be
443          * freeable or/and it will be released eventually, so to avoid totally
444          * wasting several GB of ram we must reserve some of the lower zone
445          * memory (otherwise we risk to run OOM on the lower zones despite
446          * there being tons of freeable ram on the higher zones).  This array is
447          * recalculated at runtime if the sysctl_lowmem_reserve_ratio sysctl
448          * changes.
449          */
450         long lowmem_reserve[MAX_NR_ZONES];
451
452 #ifdef CONFIG_NUMA
453         int node;
454 #endif
455         struct pglist_data      *zone_pgdat;
456         struct per_cpu_pageset __percpu *pageset;
457
458 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
459         /*
460          * Flags for a pageblock_nr_pages block. See pageblock-flags.h.
461          * In SPARSEMEM, this map is stored in struct mem_section
462          */
463         unsigned long           *pageblock_flags;
464 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
465
466         /* zone_start_pfn == zone_start_paddr >> PAGE_SHIFT */
467         unsigned long           zone_start_pfn;
468
469         /*
470          * spanned_pages is the total pages spanned by the zone, including
471          * holes, which is calculated as:
472          *      spanned_pages = zone_end_pfn - zone_start_pfn;
473          *
474          * present_pages is physical pages existing within the zone, which
475          * is calculated as:
476          *      present_pages = spanned_pages - absent_pages(pages in holes);
477          *
478          * managed_pages is present pages managed by the buddy system, which
479          * is calculated as (reserved_pages includes pages allocated by the
480          * bootmem allocator):
481          *      managed_pages = present_pages - reserved_pages;
482          *
483          * So present_pages may be used by memory hotplug or memory power
484          * management logic to figure out unmanaged pages by checking
485          * (present_pages - managed_pages). And managed_pages should be used
486          * by page allocator and vm scanner to calculate all kinds of watermarks
487          * and thresholds.
488          *
489          * Locking rules:
490          *
491          * zone_start_pfn and spanned_pages are protected by span_seqlock.
492          * It is a seqlock because it has to be read outside of zone->lock,
493          * and it is done in the main allocator path.  But, it is written
494          * quite infrequently.
495          *
496          * The span_seq lock is declared along with zone->lock because it is
497          * frequently read in proximity to zone->lock.  It's good to
498          * give them a chance of being in the same cacheline.
499          *
500          * Write access to present_pages at runtime should be protected by
501          * mem_hotplug_begin/end(). Any reader who can't tolerant drift of
502          * present_pages should get_online_mems() to get a stable value.
503          */
504         atomic_long_t           managed_pages;
505         unsigned long           spanned_pages;
506         unsigned long           present_pages;
507
508         const char              *name;
509
510 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
511         /*
512          * Number of isolated pageblock. It is used to solve incorrect
513          * freepage counting problem due to racy retrieving migratetype
514          * of pageblock. Protected by zone->lock.
515          */
516         unsigned long           nr_isolate_pageblock;
517 #endif
518
519 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
520         /* see spanned/present_pages for more description */
521         seqlock_t               span_seqlock;
522 #endif
523
524         int initialized;
525
526         /* Write-intensive fields used from the page allocator */
527         ZONE_PADDING(_pad1_)
528
529         /* free areas of different sizes */
530         struct free_area        free_area[MAX_ORDER];
531
532         /* zone flags, see below */
533         unsigned long           flags;
534
535         /* Primarily protects free_area */
536         spinlock_t              lock;
537
538         /* Write-intensive fields used by compaction and vmstats. */
539         ZONE_PADDING(_pad2_)
540
541         /*
542          * When free pages are below this point, additional steps are taken
543          * when reading the number of free pages to avoid per-cpu counter
544          * drift allowing watermarks to be breached
545          */
546         unsigned long percpu_drift_mark;
547
548 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
549         /* pfn where compaction free scanner should start */
550         unsigned long           compact_cached_free_pfn;
551         /* pfn where async and sync compaction migration scanner should start */
552         unsigned long           compact_cached_migrate_pfn[2];
553         unsigned long           compact_init_migrate_pfn;
554         unsigned long           compact_init_free_pfn;
555 #endif
556
557 #ifdef CONFIG_COMPACTION
558         /*
559          * On compaction failure, 1<<compact_defer_shift compactions
560          * are skipped before trying again. The number attempted since
561          * last failure is tracked with compact_considered.
562          */
563         unsigned int            compact_considered;
564         unsigned int            compact_defer_shift;
565         int                     compact_order_failed;
566 #endif
567
568 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
569         /* Set to true when the PG_migrate_skip bits should be cleared */
570         bool                    compact_blockskip_flush;
571 #endif
572
573         bool                    contiguous;
574
575         ZONE_PADDING(_pad3_)
576         /* Zone statistics */
577         atomic_long_t           vm_stat[NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS];
578         atomic_long_t           vm_numa_stat[NR_VM_NUMA_STAT_ITEMS];
579 } ____cacheline_internodealigned_in_smp;
580
581 enum pgdat_flags {
582         PGDAT_DIRTY,                    /* reclaim scanning has recently found
583                                          * many dirty file pages at the tail
584                                          * of the LRU.
585                                          */
586         PGDAT_WRITEBACK,                /* reclaim scanning has recently found
587                                          * many pages under writeback
588                                          */
589         PGDAT_RECLAIM_LOCKED,           /* prevents concurrent reclaim */
590 };
591
592 enum zone_flags {
593         ZONE_BOOSTED_WATERMARK,         /* zone recently boosted watermarks.
594                                          * Cleared when kswapd is woken.
595                                          */
596 };
597
598 static inline unsigned long zone_managed_pages(struct zone *zone)
599 {
600         return (unsigned long)atomic_long_read(&zone->managed_pages);
601 }
602
603 static inline unsigned long zone_end_pfn(const struct zone *zone)
604 {
605         return zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
606 }
607
608 static inline bool zone_spans_pfn(const struct zone *zone, unsigned long pfn)
609 {
610         return zone->zone_start_pfn <= pfn && pfn < zone_end_pfn(zone);
611 }
612
613 static inline bool zone_is_initialized(struct zone *zone)
614 {
615         return zone->initialized;
616 }
617
618 static inline bool zone_is_empty(struct zone *zone)
619 {
620         return zone->spanned_pages == 0;
621 }
622
623 /*
624  * Return true if [start_pfn, start_pfn + nr_pages) range has a non-empty
625  * intersection with the given zone
626  */
627 static inline bool zone_intersects(struct zone *zone,
628                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
629 {
630         if (zone_is_empty(zone))
631                 return false;
632         if (start_pfn >= zone_end_pfn(zone) ||
633             start_pfn + nr_pages <= zone->zone_start_pfn)
634                 return false;
635
636         return true;
637 }
638
639 /*
640  * The "priority" of VM scanning is how much of the queues we will scan in one
641  * go. A value of 12 for DEF_PRIORITY implies that we will scan 1/4096th of the
642  * queues ("queue_length >> 12") during an aging round.
643  */
644 #define DEF_PRIORITY 12
645
646 /* Maximum number of zones on a zonelist */
647 #define MAX_ZONES_PER_ZONELIST (MAX_NUMNODES * MAX_NR_ZONES)
648
649 enum {
650         ZONELIST_FALLBACK,      /* zonelist with fallback */
651 #ifdef CONFIG_NUMA
652         /*
653          * The NUMA zonelists are doubled because we need zonelists that
654          * restrict the allocations to a single node for __GFP_THISNODE.
655          */
656         ZONELIST_NOFALLBACK,    /* zonelist without fallback (__GFP_THISNODE) */
657 #endif
658         MAX_ZONELISTS
659 };
660
661 /*
662  * This struct contains information about a zone in a zonelist. It is stored
663  * here to avoid dereferences into large structures and lookups of tables
664  */
665 struct zoneref {
666         struct zone *zone;      /* Pointer to actual zone */
667         int zone_idx;           /* zone_idx(zoneref->zone) */
668 };
669
670 /*
671  * One allocation request operates on a zonelist. A zonelist
672  * is a list of zones, the first one is the 'goal' of the
673  * allocation, the other zones are fallback zones, in decreasing
674  * priority.
675  *
676  * To speed the reading of the zonelist, the zonerefs contain the zone index
677  * of the entry being read. Helper functions to access information given
678  * a struct zoneref are
679  *
680  * zonelist_zone()      - Return the struct zone * for an entry in _zonerefs
681  * zonelist_zone_idx()  - Return the index of the zone for an entry
682  * zonelist_node_idx()  - Return the index of the node for an entry
683  */
684 struct zonelist {
685         struct zoneref _zonerefs[MAX_ZONES_PER_ZONELIST + 1];
686 };
687
688 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
689 /* The array of struct pages - for discontigmem use pgdat->lmem_map */
690 extern struct page *mem_map;
691 #endif
692
693 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
694 struct deferred_split {
695         spinlock_t split_queue_lock;
696         struct list_head split_queue;
697         unsigned long split_queue_len;
698 };
699 #endif
700
701 /*
702  * On NUMA machines, each NUMA node would have a pg_data_t to describe
703  * it's memory layout. On UMA machines there is a single pglist_data which
704  * describes the whole memory.
705  *
706  * Memory statistics and page replacement data structures are maintained on a
707  * per-zone basis.
708  */
709 struct bootmem_data;
710 typedef struct pglist_data {
711         struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];
712         struct zonelist node_zonelists[MAX_ZONELISTS];
713         int nr_zones;
714 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP /* means !SPARSEMEM */
715         struct page *node_mem_map;
716 #ifdef CONFIG_PAGE_EXTENSION
717         struct page_ext *node_page_ext;
718 #endif
719 #endif
720 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG) || defined(CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT)
721         /*
722          * Must be held any time you expect node_start_pfn,
723          * node_present_pages, node_spanned_pages or nr_zones to stay constant.
724          * Also synchronizes pgdat->first_deferred_pfn during deferred page
725          * init.
726          *
727          * pgdat_resize_lock() and pgdat_resize_unlock() are provided to
728          * manipulate node_size_lock without checking for CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
729          * or CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT.
730          *
731          * Nests above zone->lock and zone->span_seqlock
732          */
733         spinlock_t node_size_lock;
734 #endif
735         unsigned long node_start_pfn;
736         unsigned long node_present_pages; /* total number of physical pages */
737         unsigned long node_spanned_pages; /* total size of physical page
738                                              range, including holes */
739         int node_id;
740         wait_queue_head_t kswapd_wait;
741         wait_queue_head_t pfmemalloc_wait;
742         struct task_struct *kswapd;     /* Protected by
743                                            mem_hotplug_begin/end() */
744         int kswapd_order;
745         enum zone_type kswapd_classzone_idx;
746
747         int kswapd_failures;            /* Number of 'reclaimed == 0' runs */
748
749 #ifdef CONFIG_COMPACTION
750         int kcompactd_max_order;
751         enum zone_type kcompactd_classzone_idx;
752         wait_queue_head_t kcompactd_wait;
753         struct task_struct *kcompactd;
754 #endif
755         /*
756          * This is a per-node reserve of pages that are not available
757          * to userspace allocations.
758          */
759         unsigned long           totalreserve_pages;
760
761 #ifdef CONFIG_NUMA
762         /*
763          * zone reclaim becomes active if more unmapped pages exist.
764          */
765         unsigned long           min_unmapped_pages;
766         unsigned long           min_slab_pages;
767 #endif /* CONFIG_NUMA */
768
769         /* Write-intensive fields used by page reclaim */
770         ZONE_PADDING(_pad1_)
771         spinlock_t              lru_lock;
772
773 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
774         /*
775          * If memory initialisation on large machines is deferred then this
776          * is the first PFN that needs to be initialised.
777          */
778         unsigned long first_deferred_pfn;
779 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
780
781 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
782         struct deferred_split deferred_split_queue;
783 #endif
784
785         /* Fields commonly accessed by the page reclaim scanner */
786
787         /*
788          * NOTE: THIS IS UNUSED IF MEMCG IS ENABLED.
789          *
790          * Use mem_cgroup_lruvec() to look up lruvecs.
791          */
792         struct lruvec           __lruvec;
793
794         unsigned long           flags;
795
796         ZONE_PADDING(_pad2_)
797
798         /* Per-node vmstats */
799         struct per_cpu_nodestat __percpu *per_cpu_nodestats;
800         atomic_long_t           vm_stat[NR_VM_NODE_STAT_ITEMS];
801 } pg_data_t;
802
803 #define node_present_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_present_pages)
804 #define node_spanned_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_spanned_pages)
805 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
806 #define pgdat_page_nr(pgdat, pagenr)    ((pgdat)->node_mem_map + (pagenr))
807 #else
808 #define pgdat_page_nr(pgdat, pagenr)    pfn_to_page((pgdat)->node_start_pfn + (pagenr))
809 #endif
810 #define nid_page_nr(nid, pagenr)        pgdat_page_nr(NODE_DATA(nid),(pagenr))
811
812 #define node_start_pfn(nid)     (NODE_DATA(nid)->node_start_pfn)
813 #define node_end_pfn(nid) pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid))
814
815 static inline unsigned long pgdat_end_pfn(pg_data_t *pgdat)
816 {
817         return pgdat->node_start_pfn + pgdat->node_spanned_pages;
818 }
819
820 static inline bool pgdat_is_empty(pg_data_t *pgdat)
821 {
822         return !pgdat->node_start_pfn && !pgdat->node_spanned_pages;
823 }
824
825 #include <linux/memory_hotplug.h>
826
827 void build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat);
828 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, int order,
829                    enum zone_type classzone_idx);
830 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
831                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
832                          long free_pages);
833 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
834                 unsigned long mark, int classzone_idx,
835                 unsigned int alloc_flags);
836 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
837                 unsigned long mark, int classzone_idx);
838 enum memmap_context {
839         MEMMAP_EARLY,
840         MEMMAP_HOTPLUG,
841 };
842 extern void init_currently_empty_zone(struct zone *zone, unsigned long start_pfn,
843                                      unsigned long size);
844
845 extern void lruvec_init(struct lruvec *lruvec);
846
847 static inline struct pglist_data *lruvec_pgdat(struct lruvec *lruvec)
848 {
849 #ifdef CONFIG_MEMCG
850         return lruvec->pgdat;
851 #else
852         return container_of(lruvec, struct pglist_data, __lruvec);
853 #endif
854 }
855
856 extern unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru, int zone_idx);
857
858 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORY_PRESENT
859 void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end);
860 #else
861 static inline void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end) {}
862 #endif
863
864 #if defined(CONFIG_SPARSEMEM)
865 void memblocks_present(void);
866 #else
867 static inline void memblocks_present(void) {}
868 #endif
869
870 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
871 int local_memory_node(int node_id);
872 #else
873 static inline int local_memory_node(int node_id) { return node_id; };
874 #endif
875
876 /*
877  * zone_idx() returns 0 for the ZONE_DMA zone, 1 for the ZONE_NORMAL zone, etc.
878  */
879 #define zone_idx(zone)          ((zone) - (zone)->zone_pgdat->node_zones)
880
881 /*
882  * Returns true if a zone has pages managed by the buddy allocator.
883  * All the reclaim decisions have to use this function rather than
884  * populated_zone(). If the whole zone is reserved then we can easily
885  * end up with populated_zone() && !managed_zone().
886  */
887 static inline bool managed_zone(struct zone *zone)
888 {
889         return zone_managed_pages(zone);
890 }
891
892 /* Returns true if a zone has memory */
893 static inline bool populated_zone(struct zone *zone)
894 {
895         return zone->present_pages;
896 }
897
898 #ifdef CONFIG_NUMA
899 static inline int zone_to_nid(struct zone *zone)
900 {
901         return zone->node;
902 }
903
904 static inline void zone_set_nid(struct zone *zone, int nid)
905 {
906         zone->node = nid;
907 }
908 #else
909 static inline int zone_to_nid(struct zone *zone)
910 {
911         return 0;
912 }
913
914 static inline void zone_set_nid(struct zone *zone, int nid) {}
915 #endif
916
917 extern int movable_zone;
918
919 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
920 static inline int zone_movable_is_highmem(void)
921 {
922 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
923         return movable_zone == ZONE_HIGHMEM;
924 #else
925         return (ZONE_MOVABLE - 1) == ZONE_HIGHMEM;
926 #endif
927 }
928 #endif
929
930 static inline int is_highmem_idx(enum zone_type idx)
931 {
932 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
933         return (idx == ZONE_HIGHMEM ||
934                 (idx == ZONE_MOVABLE && zone_movable_is_highmem()));
935 #else
936         return 0;
937 #endif
938 }
939
940 /**
941  * is_highmem - helper function to quickly check if a struct zone is a
942  *              highmem zone or not.  This is an attempt to keep references
943  *              to ZONE_{DMA/NORMAL/HIGHMEM/etc} in general code to a minimum.
944  * @zone - pointer to struct zone variable
945  */
946 static inline int is_highmem(struct zone *zone)
947 {
948 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
949         return is_highmem_idx(zone_idx(zone));
950 #else
951         return 0;
952 #endif
953 }
954
955 /* These two functions are used to setup the per zone pages min values */
956 struct ctl_table;
957 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
958                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
959 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
960                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
961 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
962                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
963 extern int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES];
964 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
965                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
966 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
967                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
968 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
969                         void __user *, size_t *, loff_t *);
970 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
971                         void __user *, size_t *, loff_t *);
972
973 extern int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *, int,
974                         void __user *, size_t *, loff_t *);
975 extern char numa_zonelist_order[];
976 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
977
978 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
979
980 extern struct pglist_data contig_page_data;
981 #define NODE_DATA(nid)          (&contig_page_data)
982 #define NODE_MEM_MAP(nid)       mem_map
983
984 #else /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
985
986 #include <asm/mmzone.h>
987
988 #endif /* !CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
989
990 extern struct pglist_data *first_online_pgdat(void);
991 extern struct pglist_data *next_online_pgdat(struct pglist_data *pgdat);
992 extern struct zone *next_zone(struct zone *zone);
993
994 /**
995  * for_each_online_pgdat - helper macro to iterate over all online nodes
996  * @pgdat - pointer to a pg_data_t variable
997  */
998 #define for_each_online_pgdat(pgdat)                    \
999         for (pgdat = first_online_pgdat();              \
1000              pgdat;                                     \
1001              pgdat = next_online_pgdat(pgdat))
1002 /**
1003  * for_each_zone - helper macro to iterate over all memory zones
1004  * @zone - pointer to struct zone variable
1005  *
1006  * The user only needs to declare the zone variable, for_each_zone
1007  * fills it in.
1008  */
1009 #define for_each_zone(zone)                             \
1010         for (zone = (first_online_pgdat())->node_zones; \
1011              zone;                                      \
1012              zone = next_zone(zone))
1013
1014 #define for_each_populated_zone(zone)                   \
1015         for (zone = (first_online_pgdat())->node_zones; \
1016              zone;                                      \
1017              zone = next_zone(zone))                    \
1018                 if (!populated_zone(zone))              \
1019                         ; /* do nothing */              \
1020                 else
1021
1022 static inline struct zone *zonelist_zone(struct zoneref *zoneref)
1023 {
1024         return zoneref->zone;
1025 }
1026
1027 static inline int zonelist_zone_idx(struct zoneref *zoneref)
1028 {
1029         return zoneref->zone_idx;
1030 }
1031
1032 static inline int zonelist_node_idx(struct zoneref *zoneref)
1033 {
1034         return zone_to_nid(zoneref->zone);
1035 }
1036
1037 struct zoneref *__next_zones_zonelist(struct zoneref *z,
1038                                         enum zone_type highest_zoneidx,
1039                                         nodemask_t *nodes);
1040
1041 /**
1042  * 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
1043  * @z - The cursor used as a starting point for the search
1044  * @highest_zoneidx - The zone index of the highest zone to return
1045  * @nodes - An optional nodemask to filter the zonelist with
1046  *
1047  * This function returns the next zone at or below a given zone index that is
1048  * within the allowed nodemask using a cursor as the starting point for the
1049  * search. The zoneref returned is a cursor that represents the current zone
1050  * being examined. It should be advanced by one before calling
1051  * next_zones_zonelist again.
1052  */
1053 static __always_inline struct zoneref *next_zones_zonelist(struct zoneref *z,
1054                                         enum zone_type highest_zoneidx,
1055                                         nodemask_t *nodes)
1056 {
1057         if (likely(!nodes && zonelist_zone_idx(z) <= highest_zoneidx))
1058                 return z;
1059         return __next_zones_zonelist(z, highest_zoneidx, nodes);
1060 }
1061
1062 /**
1063  * first_zones_zonelist - Returns the first zone at or below highest_zoneidx within the allowed nodemask in a zonelist
1064  * @zonelist - The zonelist to search for a suitable zone
1065  * @highest_zoneidx - The zone index of the highest zone to return
1066  * @nodes - An optional nodemask to filter the zonelist with
1067  * @return - Zoneref pointer for the first suitable zone found (see below)
1068  *
1069  * This function returns the first zone at or below a given zone index that is
1070  * within the allowed nodemask. The zoneref returned is a cursor that can be
1071  * used to iterate the zonelist with next_zones_zonelist by advancing it by
1072  * one before calling.
1073  *
1074  * When no eligible zone is found, zoneref->zone is NULL (zoneref itself is
1075  * never NULL). This may happen either genuinely, or due to concurrent nodemask
1076  * update due to cpuset modification.
1077  */
1078 static inline struct zoneref *first_zones_zonelist(struct zonelist *zonelist,
1079                                         enum zone_type highest_zoneidx,
1080                                         nodemask_t *nodes)
1081 {
1082         return next_zones_zonelist(zonelist->_zonerefs,
1083                                                         highest_zoneidx, nodes);
1084 }
1085
1086 /**
1087  * 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
1088  * @zone - The current zone in the iterator
1089  * @z - The current pointer within zonelist->zones being iterated
1090  * @zlist - The zonelist being iterated
1091  * @highidx - The zone index of the highest zone to return
1092  * @nodemask - Nodemask allowed by the allocator
1093  *
1094  * This iterator iterates though all zones at or below a given zone index and
1095  * within a given nodemask
1096  */
1097 #define for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zlist, highidx, nodemask) \
1098         for (z = first_zones_zonelist(zlist, highidx, nodemask), zone = zonelist_zone(z);       \
1099                 zone;                                                   \
1100                 z = next_zones_zonelist(++z, highidx, nodemask),        \
1101                         zone = zonelist_zone(z))
1102
1103 #define for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zlist, highidx, nodemask) \
1104         for (zone = z->zone;    \
1105                 zone;                                                   \
1106                 z = next_zones_zonelist(++z, highidx, nodemask),        \
1107                         zone = zonelist_zone(z))
1108
1109
1110 /**
1111  * for_each_zone_zonelist - helper macro to iterate over valid zones in a zonelist at or below a given zone index
1112  * @zone - The current zone in the iterator
1113  * @z - The current pointer within zonelist->zones being iterated
1114  * @zlist - The zonelist being iterated
1115  * @highidx - The zone index of the highest zone to return
1116  *
1117  * This iterator iterates though all zones at or below a given zone index.
1118  */
1119 #define for_each_zone_zonelist(zone, z, zlist, highidx) \
1120         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zlist, highidx, NULL)
1121
1122 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
1123 #include <asm/sparsemem.h>
1124 #endif
1125
1126 #if !defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) && \
1127         !defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1128 static inline unsigned long early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1129 {
1130         BUILD_BUG_ON(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA));
1131         return 0;
1132 }
1133 #endif
1134
1135 #ifdef CONFIG_FLATMEM
1136 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
1137 #endif
1138
1139 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
1140
1141 /*
1142  * SECTION_SHIFT                #bits space required to store a section #
1143  *
1144  * PA_SECTION_SHIFT             physical address to/from section number
1145  * PFN_SECTION_SHIFT            pfn to/from section number
1146  */
1147 #define PA_SECTION_SHIFT        (SECTION_SIZE_BITS)
1148 #define PFN_SECTION_SHIFT       (SECTION_SIZE_BITS - PAGE_SHIFT)
1149
1150 #define NR_MEM_SECTIONS         (1UL << SECTIONS_SHIFT)
1151
1152 #define PAGES_PER_SECTION       (1UL << PFN_SECTION_SHIFT)
1153 #define PAGE_SECTION_MASK       (~(PAGES_PER_SECTION-1))
1154
1155 #define SECTION_BLOCKFLAGS_BITS \
1156         ((1UL << (PFN_SECTION_SHIFT - pageblock_order)) * NR_PAGEBLOCK_BITS)
1157
1158 #if (MAX_ORDER - 1 + PAGE_SHIFT) > SECTION_SIZE_BITS
1159 #error Allocator MAX_ORDER exceeds SECTION_SIZE
1160 #endif
1161
1162 static inline unsigned long pfn_to_section_nr(unsigned long pfn)
1163 {
1164         return pfn >> PFN_SECTION_SHIFT;
1165 }
1166 static inline unsigned long section_nr_to_pfn(unsigned long sec)
1167 {
1168         return sec << PFN_SECTION_SHIFT;
1169 }
1170
1171 #define SECTION_ALIGN_UP(pfn)   (((pfn) + PAGES_PER_SECTION - 1) & PAGE_SECTION_MASK)
1172 #define SECTION_ALIGN_DOWN(pfn) ((pfn) & PAGE_SECTION_MASK)
1173
1174 #define SUBSECTION_SHIFT 21
1175
1176 #define PFN_SUBSECTION_SHIFT (SUBSECTION_SHIFT - PAGE_SHIFT)
1177 #define PAGES_PER_SUBSECTION (1UL << PFN_SUBSECTION_SHIFT)
1178 #define PAGE_SUBSECTION_MASK (~(PAGES_PER_SUBSECTION-1))
1179
1180 #if SUBSECTION_SHIFT > SECTION_SIZE_BITS
1181 #error Subsection size exceeds section size
1182 #else
1183 #define SUBSECTIONS_PER_SECTION (1UL << (SECTION_SIZE_BITS - SUBSECTION_SHIFT))
1184 #endif
1185
1186 #define SUBSECTION_ALIGN_UP(pfn) ALIGN((pfn), PAGES_PER_SUBSECTION)
1187 #define SUBSECTION_ALIGN_DOWN(pfn) ((pfn) & PAGE_SUBSECTION_MASK)
1188
1189 struct mem_section_usage {
1190         DECLARE_BITMAP(subsection_map, SUBSECTIONS_PER_SECTION);
1191         /* See declaration of similar field in struct zone */
1192         unsigned long pageblock_flags[0];
1193 };
1194
1195 void subsection_map_init(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages);
1196
1197 struct page;
1198 struct page_ext;
1199 struct mem_section {
1200         /*
1201          * This is, logically, a pointer to an array of struct
1202          * pages.  However, it is stored with some other magic.
1203          * (see sparse.c::sparse_init_one_section())
1204          *
1205          * Additionally during early boot we encode node id of
1206          * the location of the section here to guide allocation.
1207          * (see sparse.c::memory_present())
1208          *
1209          * Making it a UL at least makes someone do a cast
1210          * before using it wrong.
1211          */
1212         unsigned long section_mem_map;
1213
1214         struct mem_section_usage *usage;
1215 #ifdef CONFIG_PAGE_EXTENSION
1216         /*
1217          * If SPARSEMEM, pgdat doesn't have page_ext pointer. We use
1218          * section. (see page_ext.h about this.)
1219          */
1220         struct page_ext *page_ext;
1221         unsigned long pad;
1222 #endif
1223         /*
1224          * WARNING: mem_section must be a power-of-2 in size for the
1225          * calculation and use of SECTION_ROOT_MASK to make sense.
1226          */
1227 };
1228
1229 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
1230 #define SECTIONS_PER_ROOT       (PAGE_SIZE / sizeof (struct mem_section))
1231 #else
1232 #define SECTIONS_PER_ROOT       1
1233 #endif
1234
1235 #define SECTION_NR_TO_ROOT(sec) ((sec) / SECTIONS_PER_ROOT)
1236 #define NR_SECTION_ROOTS        DIV_ROUND_UP(NR_MEM_SECTIONS, SECTIONS_PER_ROOT)
1237 #define SECTION_ROOT_MASK       (SECTIONS_PER_ROOT - 1)
1238
1239 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
1240 extern struct mem_section **mem_section;
1241 #else
1242 extern struct mem_section mem_section[NR_SECTION_ROOTS][SECTIONS_PER_ROOT];
1243 #endif
1244
1245 static inline unsigned long *section_to_usemap(struct mem_section *ms)
1246 {
1247         return ms->usage->pageblock_flags;
1248 }
1249
1250 static inline struct mem_section *__nr_to_section(unsigned long nr)
1251 {
1252 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
1253         if (!mem_section)
1254                 return NULL;
1255 #endif
1256         if (!mem_section[SECTION_NR_TO_ROOT(nr)])
1257                 return NULL;
1258         return &mem_section[SECTION_NR_TO_ROOT(nr)][nr & SECTION_ROOT_MASK];
1259 }
1260 extern unsigned long __section_nr(struct mem_section *ms);
1261 extern size_t mem_section_usage_size(void);
1262
1263 /*
1264  * We use the lower bits of the mem_map pointer to store
1265  * a little bit of information.  The pointer is calculated
1266  * as mem_map - section_nr_to_pfn(pnum).  The result is
1267  * aligned to the minimum alignment of the two values:
1268  *   1. All mem_map arrays are page-aligned.
1269  *   2. section_nr_to_pfn() always clears PFN_SECTION_SHIFT
1270  *      lowest bits.  PFN_SECTION_SHIFT is arch-specific
1271  *      (equal SECTION_SIZE_BITS - PAGE_SHIFT), and the
1272  *      worst combination is powerpc with 256k pages,
1273  *      which results in PFN_SECTION_SHIFT equal 6.
1274  * To sum it up, at least 6 bits are available.
1275  */
1276 #define SECTION_MARKED_PRESENT  (1UL<<0)
1277 #define SECTION_HAS_MEM_MAP     (1UL<<1)
1278 #define SECTION_IS_ONLINE       (1UL<<2)
1279 #define SECTION_IS_EARLY        (1UL<<3)
1280 #define SECTION_MAP_LAST_BIT    (1UL<<4)
1281 #define SECTION_MAP_MASK        (~(SECTION_MAP_LAST_BIT-1))
1282 #define SECTION_NID_SHIFT       3
1283
1284 static inline struct page *__section_mem_map_addr(struct mem_section *section)
1285 {
1286         unsigned long map = section->section_mem_map;
1287         map &= SECTION_MAP_MASK;
1288         return (struct page *)map;
1289 }
1290
1291 static inline int present_section(struct mem_section *section)
1292 {
1293         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_MARKED_PRESENT));
1294 }
1295
1296 static inline int present_section_nr(unsigned long nr)
1297 {
1298         return present_section(__nr_to_section(nr));
1299 }
1300
1301 static inline int valid_section(struct mem_section *section)
1302 {
1303         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_HAS_MEM_MAP));
1304 }
1305
1306 static inline int early_section(struct mem_section *section)
1307 {
1308         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_IS_EARLY));
1309 }
1310
1311 static inline int valid_section_nr(unsigned long nr)
1312 {
1313         return valid_section(__nr_to_section(nr));
1314 }
1315
1316 static inline int online_section(struct mem_section *section)
1317 {
1318         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_IS_ONLINE));
1319 }
1320
1321 static inline int online_section_nr(unsigned long nr)
1322 {
1323         return online_section(__nr_to_section(nr));
1324 }
1325
1326 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
1327 void online_mem_sections(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn);
1328 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
1329 void offline_mem_sections(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn);
1330 #endif
1331 #endif
1332
1333 static inline struct mem_section *__pfn_to_section(unsigned long pfn)
1334 {
1335         return __nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn));
1336 }
1337
1338 extern unsigned long __highest_present_section_nr;
1339
1340 static inline int subsection_map_index(unsigned long pfn)
1341 {
1342         return (pfn & ~(PAGE_SECTION_MASK)) / PAGES_PER_SUBSECTION;
1343 }
1344
1345 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
1346 static inline int pfn_section_valid(struct mem_section *ms, unsigned long pfn)
1347 {
1348         int idx = subsection_map_index(pfn);
1349
1350         return test_bit(idx, ms->usage->subsection_map);
1351 }
1352 #else
1353 static inline int pfn_section_valid(struct mem_section *ms, unsigned long pfn)
1354 {
1355         return 1;
1356 }
1357 #endif
1358
1359 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_PFN_VALID
1360 static inline int pfn_valid(unsigned long pfn)
1361 {
1362         struct mem_section *ms;
1363
1364         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
1365                 return 0;
1366         ms = __nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn));
1367         if (!valid_section(ms))
1368                 return 0;
1369         /*
1370          * Traditionally early sections always returned pfn_valid() for
1371          * the entire section-sized span.
1372          */
1373         return early_section(ms) || pfn_section_valid(ms, pfn);
1374 }
1375 #endif
1376
1377 static inline int pfn_present(unsigned long pfn)
1378 {
1379         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
1380                 return 0;
1381         return present_section(__nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn)));
1382 }
1383
1384 /*
1385  * These are _only_ used during initialisation, therefore they
1386  * can use __initdata ...  They could have names to indicate
1387  * this restriction.
1388  */
1389 #ifdef CONFIG_NUMA
1390 #define pfn_to_nid(pfn)                                                 \
1391 ({                                                                      \
1392         unsigned long __pfn_to_nid_pfn = (pfn);                         \
1393         page_to_nid(pfn_to_page(__pfn_to_nid_pfn));                     \
1394 })
1395 #else
1396 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
1397 #endif
1398
1399 #define early_pfn_valid(pfn)    pfn_valid(pfn)
1400 void sparse_init(void);
1401 #else
1402 #define sparse_init()   do {} while (0)
1403 #define sparse_index_init(_sec, _nid)  do {} while (0)
1404 #define pfn_present pfn_valid
1405 #define subsection_map_init(_pfn, _nr_pages) do {} while (0)
1406 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
1407
1408 /*
1409  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1410  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1411  * may treat start/end as pfns or sections.
1412  */
1413 struct mminit_pfnnid_cache {
1414         unsigned long last_start;
1415         unsigned long last_end;
1416         int last_nid;
1417 };
1418
1419 #ifndef early_pfn_valid
1420 #define early_pfn_valid(pfn)    (1)
1421 #endif
1422
1423 void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end);
1424
1425 /*
1426  * If it is possible to have holes within a MAX_ORDER_NR_PAGES, then we
1427  * need to check pfn validity within that MAX_ORDER_NR_PAGES block.
1428  * pfn_valid_within() should be used in this case; we optimise this away
1429  * when we have no holes within a MAX_ORDER_NR_PAGES block.
1430  */
1431 #ifdef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1432 #define pfn_valid_within(pfn) pfn_valid(pfn)
1433 #else
1434 #define pfn_valid_within(pfn) (1)
1435 #endif
1436
1437 #ifdef CONFIG_ARCH_HAS_HOLES_MEMORYMODEL
1438 /*
1439  * pfn_valid() is meant to be able to tell if a given PFN has valid memmap
1440  * associated with it or not. This means that a struct page exists for this
1441  * pfn. The caller cannot assume the page is fully initialized in general.
1442  * Hotplugable pages might not have been onlined yet. pfn_to_online_page()
1443  * will ensure the struct page is fully online and initialized. Special pages
1444  * (e.g. ZONE_DEVICE) are never onlined and should be treated accordingly.
1445  *
1446  * In FLATMEM, it is expected that holes always have valid memmap as long as
1447  * there is valid PFNs either side of the hole. In SPARSEMEM, it is assumed
1448  * that a valid section has a memmap for the entire section.
1449  *
1450  * However, an ARM, and maybe other embedded architectures in the future
1451  * free memmap backing holes to save memory on the assumption the memmap is
1452  * never used. The page_zone linkages are then broken even though pfn_valid()
1453  * returns true. A walker of the full memmap must then do this additional
1454  * check to ensure the memmap they are looking at is sane by making sure
1455  * the zone and PFN linkages are still valid. This is expensive, but walkers
1456  * of the full memmap are extremely rare.
1457  */
1458 bool memmap_valid_within(unsigned long pfn,
1459                                         struct page *page, struct zone *zone);
1460 #else
1461 static inline bool memmap_valid_within(unsigned long pfn,
1462                                         struct page *page, struct zone *zone)
1463 {
1464         return true;
1465 }
1466 #endif /* CONFIG_ARCH_HAS_HOLES_MEMORYMODEL */
1467
1468 #endif /* !__GENERATING_BOUNDS.H */
1469 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
1470 #endif /* _LINUX_MMZONE_H */