a7cbcec537c1bedfe57bceed23a0ab7bd4f58529
[platform/kernel/linux-rpi.git] / include / linux / mmzone.h
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
2 #ifndef _LINUX_MMZONE_H
3 #define _LINUX_MMZONE_H
4
5 #ifndef __ASSEMBLY__
6 #ifndef __GENERATING_BOUNDS_H
7
8 #include <linux/spinlock.h>
9 #include <linux/list.h>
10 #include <linux/wait.h>
11 #include <linux/bitops.h>
12 #include <linux/cache.h>
13 #include <linux/threads.h>
14 #include <linux/numa.h>
15 #include <linux/init.h>
16 #include <linux/seqlock.h>
17 #include <linux/nodemask.h>
18 #include <linux/pageblock-flags.h>
19 #include <linux/page-flags-layout.h>
20 #include <linux/atomic.h>
21 #include <linux/mm_types.h>
22 #include <linux/page-flags.h>
23 #include <asm/page.h>
24
25 /* Free memory management - zoned buddy allocator.  */
26 #ifndef CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
27 #define MAX_ORDER 11
28 #else
29 #define MAX_ORDER CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER
30 #endif
31 #define MAX_ORDER_NR_PAGES (1 << (MAX_ORDER - 1))
32
33 /*
34  * PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER is the order at which allocations are deemed
35  * costly to service.  That is between allocation orders which should
36  * coalesce naturally under reasonable reclaim pressure and those which
37  * will not.
38  */
39 #define PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER 3
40
41 enum migratetype {
42         MIGRATE_UNMOVABLE,
43         MIGRATE_MOVABLE,
44         MIGRATE_RECLAIMABLE,
45         MIGRATE_PCPTYPES,       /* the number of types on the pcp lists */
46         MIGRATE_HIGHATOMIC = MIGRATE_PCPTYPES,
47 #ifdef CONFIG_CMA
48         /*
49          * MIGRATE_CMA migration type is designed to mimic the way
50          * ZONE_MOVABLE works.  Only movable pages can be allocated
51          * from MIGRATE_CMA pageblocks and page allocator never
52          * implicitly change migration type of MIGRATE_CMA pageblock.
53          *
54          * The way to use it is to change migratetype of a range of
55          * pageblocks to MIGRATE_CMA which can be done by
56          * __free_pageblock_cma() function.  What is important though
57          * is that a range of pageblocks must be aligned to
58          * MAX_ORDER_NR_PAGES should biggest page be bigger then
59          * a single pageblock.
60          */
61         MIGRATE_CMA,
62 #endif
63 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
64         MIGRATE_ISOLATE,        /* can't allocate from here */
65 #endif
66         MIGRATE_TYPES
67 };
68
69 /* In mm/page_alloc.c; keep in sync also with show_migration_types() there */
70 extern const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES];
71
72 #ifdef CONFIG_CMA
73 #  define is_migrate_cma(migratetype) unlikely((migratetype) == MIGRATE_CMA)
74 #  define is_migrate_cma_page(_page) (get_pageblock_migratetype(_page) == MIGRATE_CMA)
75 #else
76 #  define is_migrate_cma(migratetype) false
77 #  define is_migrate_cma_page(_page) false
78 #endif
79
80 static inline bool is_migrate_movable(int mt)
81 {
82         return is_migrate_cma(mt) || mt == MIGRATE_MOVABLE;
83 }
84
85 #define for_each_migratetype_order(order, type) \
86         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) \
87                 for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++)
88
89 extern int page_group_by_mobility_disabled;
90
91 #define NR_MIGRATETYPE_BITS (PB_migrate_end - PB_migrate + 1)
92 #define MIGRATETYPE_MASK ((1UL << NR_MIGRATETYPE_BITS) - 1)
93
94 #define get_pageblock_migratetype(page)                                 \
95         get_pfnblock_flags_mask(page, page_to_pfn(page),                \
96                         PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK)
97
98 struct free_area {
99         struct list_head        free_list[MIGRATE_TYPES];
100         unsigned long           nr_free;
101 };
102
103 /* Used for pages not on another list */
104 static inline void add_to_free_area(struct page *page, struct free_area *area,
105                              int migratetype)
106 {
107         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
108         area->nr_free++;
109 }
110
111 /* Used for pages not on another list */
112 static inline void add_to_free_area_tail(struct page *page, struct free_area *area,
113                                   int migratetype)
114 {
115         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
116         area->nr_free++;
117 }
118
119 #ifdef CONFIG_SHUFFLE_PAGE_ALLOCATOR
120 /* Used to preserve page allocation order entropy */
121 void add_to_free_area_random(struct page *page, struct free_area *area,
122                 int migratetype);
123 #else
124 static inline void add_to_free_area_random(struct page *page,
125                 struct free_area *area, int migratetype)
126 {
127         add_to_free_area(page, area, migratetype);
128 }
129 #endif
130
131 /* Used for pages which are on another list */
132 static inline void move_to_free_area(struct page *page, struct free_area *area,
133                              int migratetype)
134 {
135         list_move(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
136 }
137
138 static inline struct page *get_page_from_free_area(struct free_area *area,
139                                             int migratetype)
140 {
141         return list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
142                                         struct page, lru);
143 }
144
145 static inline void del_page_from_free_area(struct page *page,
146                 struct free_area *area)
147 {
148         list_del(&page->lru);
149         __ClearPageBuddy(page);
150         set_page_private(page, 0);
151         area->nr_free--;
152 }
153
154 static inline bool free_area_empty(struct free_area *area, int migratetype)
155 {
156         return list_empty(&area->free_list[migratetype]);
157 }
158
159 struct pglist_data;
160
161 /*
162  * zone->lock and the zone lru_lock are two of the hottest locks in the kernel.
163  * So add a wild amount of padding here to ensure that they fall into separate
164  * cachelines.  There are very few zone structures in the machine, so space
165  * consumption is not a concern here.
166  */
167 #if defined(CONFIG_SMP)
168 struct zone_padding {
169         char x[0];
170 } ____cacheline_internodealigned_in_smp;
171 #define ZONE_PADDING(name)      struct zone_padding name;
172 #else
173 #define ZONE_PADDING(name)
174 #endif
175
176 #ifdef CONFIG_NUMA
177 enum numa_stat_item {
178         NUMA_HIT,               /* allocated in intended node */
179         NUMA_MISS,              /* allocated in non intended node */
180         NUMA_FOREIGN,           /* was intended here, hit elsewhere */
181         NUMA_INTERLEAVE_HIT,    /* interleaver preferred this zone */
182         NUMA_LOCAL,             /* allocation from local node */
183         NUMA_OTHER,             /* allocation from other node */
184         NR_VM_NUMA_STAT_ITEMS
185 };
186 #else
187 #define NR_VM_NUMA_STAT_ITEMS 0
188 #endif
189
190 enum zone_stat_item {
191         /* First 128 byte cacheline (assuming 64 bit words) */
192         NR_FREE_PAGES,
193         NR_ZONE_LRU_BASE, /* Used only for compaction and reclaim retry */
194         NR_ZONE_INACTIVE_ANON = NR_ZONE_LRU_BASE,
195         NR_ZONE_ACTIVE_ANON,
196         NR_ZONE_INACTIVE_FILE,
197         NR_ZONE_ACTIVE_FILE,
198         NR_ZONE_UNEVICTABLE,
199         NR_ZONE_WRITE_PENDING,  /* Count of dirty, writeback and unstable pages */
200         NR_MLOCK,               /* mlock()ed pages found and moved off LRU */
201         NR_PAGETABLE,           /* used for pagetables */
202         NR_KERNEL_STACK_KB,     /* measured in KiB */
203         /* Second 128 byte cacheline */
204         NR_BOUNCE,
205 #if IS_ENABLED(CONFIG_ZSMALLOC)
206         NR_ZSPAGES,             /* allocated in zsmalloc */
207 #endif
208         NR_FREE_CMA_PAGES,
209         NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS };
210
211 enum node_stat_item {
212         NR_LRU_BASE,
213         NR_INACTIVE_ANON = NR_LRU_BASE, /* must match order of LRU_[IN]ACTIVE */
214         NR_ACTIVE_ANON,         /*  "     "     "   "       "         */
215         NR_INACTIVE_FILE,       /*  "     "     "   "       "         */
216         NR_ACTIVE_FILE,         /*  "     "     "   "       "         */
217         NR_UNEVICTABLE,         /*  "     "     "   "       "         */
218         NR_SLAB_RECLAIMABLE,
219         NR_SLAB_UNRECLAIMABLE,
220         NR_ISOLATED_ANON,       /* Temporary isolated pages from anon lru */
221         NR_ISOLATED_FILE,       /* Temporary isolated pages from file lru */
222         WORKINGSET_NODES,
223         WORKINGSET_REFAULT,
224         WORKINGSET_ACTIVATE,
225         WORKINGSET_RESTORE,
226         WORKINGSET_NODERECLAIM,
227         NR_ANON_MAPPED, /* Mapped anonymous pages */
228         NR_FILE_MAPPED, /* pagecache pages mapped into pagetables.
229                            only modified from process context */
230         NR_FILE_PAGES,
231         NR_FILE_DIRTY,
232         NR_WRITEBACK,
233         NR_WRITEBACK_TEMP,      /* Writeback using temporary buffers */
234         NR_SHMEM,               /* shmem pages (included tmpfs/GEM pages) */
235         NR_SHMEM_THPS,
236         NR_SHMEM_PMDMAPPED,
237         NR_FILE_THPS,
238         NR_FILE_PMDMAPPED,
239         NR_ANON_THPS,
240         NR_UNSTABLE_NFS,        /* NFS unstable pages */
241         NR_VMSCAN_WRITE,
242         NR_VMSCAN_IMMEDIATE,    /* Prioritise for reclaim when writeback ends */
243         NR_DIRTIED,             /* page dirtyings since bootup */
244         NR_WRITTEN,             /* page writings since bootup */
245         NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE,     /* reclaimable non-slab kernel pages */
246         NR_VM_NODE_STAT_ITEMS
247 };
248
249 /*
250  * We do arithmetic on the LRU lists in various places in the code,
251  * so it is important to keep the active lists LRU_ACTIVE higher in
252  * the array than the corresponding inactive lists, and to keep
253  * the *_FILE lists LRU_FILE higher than the corresponding _ANON lists.
254  *
255  * This has to be kept in sync with the statistics in zone_stat_item
256  * above and the descriptions in vmstat_text in mm/vmstat.c
257  */
258 #define LRU_BASE 0
259 #define LRU_ACTIVE 1
260 #define LRU_FILE 2
261
262 enum lru_list {
263         LRU_INACTIVE_ANON = LRU_BASE,
264         LRU_ACTIVE_ANON = LRU_BASE + LRU_ACTIVE,
265         LRU_INACTIVE_FILE = LRU_BASE + LRU_FILE,
266         LRU_ACTIVE_FILE = LRU_BASE + LRU_FILE + LRU_ACTIVE,
267         LRU_UNEVICTABLE,
268         NR_LRU_LISTS
269 };
270
271 #define for_each_lru(lru) for (lru = 0; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
272
273 #define for_each_evictable_lru(lru) for (lru = 0; lru <= LRU_ACTIVE_FILE; lru++)
274
275 static inline bool is_file_lru(enum lru_list lru)
276 {
277         return (lru == LRU_INACTIVE_FILE || lru == LRU_ACTIVE_FILE);
278 }
279
280 static inline bool is_active_lru(enum lru_list lru)
281 {
282         return (lru == LRU_ACTIVE_ANON || lru == LRU_ACTIVE_FILE);
283 }
284
285 #define ANON_AND_FILE 2
286
287 struct zone_reclaim_stat {
288         /*
289          * The pageout code in vmscan.c keeps track of how many of the
290          * mem/swap backed and file backed pages are referenced.
291          * The higher the rotated/scanned ratio, the more valuable
292          * that cache is.
293          *
294          * The anon LRU stats live in [0], file LRU stats in [1]
295          */
296         unsigned long           recent_rotated[2];
297         unsigned long           recent_scanned[2];
298 };
299
300 enum lruvec_flags {
301         LRUVEC_CONGESTED,               /* lruvec has many dirty pages
302                                          * backed by a congested BDI
303                                          */
304 };
305
306 #endif /* !__GENERATING_BOUNDS_H */
307
308 /*
309  * Evictable pages are divided into multiple generations. The youngest and the
310  * oldest generation numbers, max_seq and min_seq, are monotonically increasing.
311  * They form a sliding window of a variable size [MIN_NR_GENS, MAX_NR_GENS]. An
312  * offset within MAX_NR_GENS, i.e., gen, indexes the LRU list of the
313  * corresponding generation. The gen counter in page->flags stores gen+1 while
314  * a page is on one of lrugen->lists[]. Otherwise it stores 0.
315  *
316  * A page is added to the youngest generation on faulting. The aging needs to
317  * check the accessed bit at least twice before handing this page over to the
318  * eviction. The first check takes care of the accessed bit set on the initial
319  * fault; the second check makes sure this page hasn't been used since then.
320  * This process, AKA second chance, requires a minimum of two generations,
321  * hence MIN_NR_GENS. And to maintain ABI compatibility with the active/inactive
322  * LRU, e.g., /proc/vmstat, these two generations are considered active; the
323  * rest of generations, if they exist, are considered inactive. See
324  * lru_gen_is_active().
325  *
326  * PG_active is always cleared while a page is on one of lrugen->lists[] so that
327  * the aging needs not to worry about it. And it's set again when a page
328  * considered active is isolated for non-reclaiming purposes, e.g., migration.
329  * See lru_gen_add_page() and lru_gen_del_page().
330  *
331  * MAX_NR_GENS is set to 4 so that the multi-gen LRU can support twice the
332  * number of categories of the active/inactive LRU when keeping track of
333  * accesses through page tables. This requires order_base_2(MAX_NR_GENS+1) bits
334  * in page->flags.
335  */
336 #define MIN_NR_GENS             2U
337 #define MAX_NR_GENS             4U
338
339 /*
340  * Each generation is divided into multiple tiers. A page accessed N times
341  * through file descriptors is in tier order_base_2(N). A page in the first tier
342  * (N=0,1) is marked by PG_referenced unless it was faulted in through page
343  * tables or read ahead. A page in any other tier (N>1) is marked by
344  * PG_referenced and PG_workingset. This implies a minimum of two tiers is
345  * supported without using additional bits in page->flags.
346  *
347  * In contrast to moving across generations which requires the LRU lock, moving
348  * across tiers only involves atomic operations on page->flags and therefore
349  * has a negligible cost in the buffered access path. In the eviction path,
350  * comparisons of refaulted/(evicted+protected) from the first tier and the
351  * rest infer whether pages accessed multiple times through file descriptors
352  * are statistically hot and thus worth protecting.
353  *
354  * MAX_NR_TIERS is set to 4 so that the multi-gen LRU can support twice the
355  * number of categories of the active/inactive LRU when keeping track of
356  * accesses through file descriptors. This uses MAX_NR_TIERS-2 spare bits in
357  * page->flags.
358  */
359 #define MAX_NR_TIERS            4U
360
361 #ifndef __GENERATING_BOUNDS_H
362
363 struct lruvec;
364
365 #define LRU_GEN_MASK            ((BIT(LRU_GEN_WIDTH) - 1) << LRU_GEN_PGOFF)
366 #define LRU_REFS_MASK           ((BIT(LRU_REFS_WIDTH) - 1) << LRU_REFS_PGOFF)
367
368 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
369
370 enum {
371         LRU_GEN_ANON,
372         LRU_GEN_FILE,
373 };
374
375 #define MIN_LRU_BATCH           BITS_PER_LONG
376 #define MAX_LRU_BATCH           (MIN_LRU_BATCH * 64)
377
378 /* whether to keep historical stats from evicted generations */
379 #ifdef CONFIG_LRU_GEN_STATS
380 #define NR_HIST_GENS            MAX_NR_GENS
381 #else
382 #define NR_HIST_GENS            1U
383 #endif
384
385 /*
386  * The youngest generation number is stored in max_seq for both anon and file
387  * types as they are aged on an equal footing. The oldest generation numbers are
388  * stored in min_seq[] separately for anon and file types as clean file pages
389  * can be evicted regardless of swap constraints.
390  *
391  * Normally anon and file min_seq are in sync. But if swapping is constrained,
392  * e.g., out of swap space, file min_seq is allowed to advance and leave anon
393  * min_seq behind.
394  *
395  * The number of pages in each generation is eventually consistent and therefore
396  * can be transiently negative.
397  */
398 struct lru_gen_struct {
399         /* the aging increments the youngest generation number */
400         unsigned long max_seq;
401         /* the eviction increments the oldest generation numbers */
402         unsigned long min_seq[ANON_AND_FILE];
403         /* the multi-gen LRU lists, lazily sorted on eviction */
404         struct list_head lists[MAX_NR_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_ZONES];
405         /* the multi-gen LRU sizes, eventually consistent */
406         long nr_pages[MAX_NR_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_ZONES];
407         /* the exponential moving average of refaulted */
408         unsigned long avg_refaulted[ANON_AND_FILE][MAX_NR_TIERS];
409         /* the exponential moving average of evicted+protected */
410         unsigned long avg_total[ANON_AND_FILE][MAX_NR_TIERS];
411         /* the first tier doesn't need protection, hence the minus one */
412         unsigned long protected[NR_HIST_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_TIERS - 1];
413         /* can be modified without holding the LRU lock */
414         atomic_long_t evicted[NR_HIST_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_TIERS];
415         atomic_long_t refaulted[NR_HIST_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_TIERS];
416 };
417
418 void lru_gen_init_lruvec(struct lruvec *lruvec);
419
420 #ifdef CONFIG_MEMCG
421 void lru_gen_init_memcg(struct mem_cgroup *memcg);
422 void lru_gen_exit_memcg(struct mem_cgroup *memcg);
423 #endif
424
425 #else /* !CONFIG_LRU_GEN */
426
427 static inline void lru_gen_init_lruvec(struct lruvec *lruvec)
428 {
429 }
430
431 #ifdef CONFIG_MEMCG
432 static inline void lru_gen_init_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
433 {
434 }
435
436 static inline void lru_gen_exit_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
437 {
438 }
439 #endif
440
441 #endif /* CONFIG_LRU_GEN */
442
443 struct lruvec {
444         struct list_head                lists[NR_LRU_LISTS];
445         struct zone_reclaim_stat        reclaim_stat;
446         /* Evictions & activations on the inactive file list */
447         atomic_long_t                   inactive_age;
448         /* Refaults at the time of last reclaim cycle */
449         unsigned long                   refaults;
450         /* Various lruvec state flags (enum lruvec_flags) */
451         unsigned long                   flags;
452 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
453         /* evictable pages divided into generations */
454         struct lru_gen_struct           lrugen;
455 #endif
456 #ifdef CONFIG_MEMCG
457         struct pglist_data *pgdat;
458 #endif
459 };
460
461 /* Isolate unmapped file */
462 #define ISOLATE_UNMAPPED        ((__force isolate_mode_t)0x2)
463 /* Isolate for asynchronous migration */
464 #define ISOLATE_ASYNC_MIGRATE   ((__force isolate_mode_t)0x4)
465 /* Isolate unevictable pages */
466 #define ISOLATE_UNEVICTABLE     ((__force isolate_mode_t)0x8)
467
468 /* LRU Isolation modes. */
469 typedef unsigned __bitwise isolate_mode_t;
470
471 enum zone_watermarks {
472         WMARK_MIN,
473         WMARK_LOW,
474         WMARK_HIGH,
475         NR_WMARK
476 };
477
478 #define min_wmark_pages(z) (z->_watermark[WMARK_MIN] + z->watermark_boost)
479 #define low_wmark_pages(z) (z->_watermark[WMARK_LOW] + z->watermark_boost)
480 #define high_wmark_pages(z) (z->_watermark[WMARK_HIGH] + z->watermark_boost)
481 #define wmark_pages(z, i) (z->_watermark[i] + z->watermark_boost)
482
483 struct per_cpu_pages {
484         int count;              /* number of pages in the list */
485         int high;               /* high watermark, emptying needed */
486         int batch;              /* chunk size for buddy add/remove */
487
488         /* Lists of pages, one per migrate type stored on the pcp-lists */
489         struct list_head lists[MIGRATE_PCPTYPES];
490 };
491
492 struct per_cpu_pageset {
493         struct per_cpu_pages pcp;
494 #ifdef CONFIG_NUMA
495         s8 expire;
496         u16 vm_numa_stat_diff[NR_VM_NUMA_STAT_ITEMS];
497 #endif
498 #ifdef CONFIG_SMP
499         s8 stat_threshold;
500         s8 vm_stat_diff[NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS];
501 #endif
502 };
503
504 struct per_cpu_nodestat {
505         s8 stat_threshold;
506         s8 vm_node_stat_diff[NR_VM_NODE_STAT_ITEMS];
507 };
508
509 #endif /* !__GENERATING_BOUNDS.H */
510
511 enum zone_type {
512         /*
513          * ZONE_DMA and ZONE_DMA32 are used when there are peripherals not able
514          * to DMA to all of the addressable memory (ZONE_NORMAL).
515          * On architectures where this area covers the whole 32 bit address
516          * space ZONE_DMA32 is used. ZONE_DMA is left for the ones with smaller
517          * DMA addressing constraints. This distinction is important as a 32bit
518          * DMA mask is assumed when ZONE_DMA32 is defined. Some 64-bit
519          * platforms may need both zones as they support peripherals with
520          * different DMA addressing limitations.
521          *
522          * Some examples:
523          *
524          *  - i386 and x86_64 have a fixed 16M ZONE_DMA and ZONE_DMA32 for the
525          *    rest of the lower 4G.
526          *
527          *  - arm only uses ZONE_DMA, the size, up to 4G, may vary depending on
528          *    the specific device.
529          *
530          *  - arm64 has a fixed 1G ZONE_DMA and ZONE_DMA32 for the rest of the
531          *    lower 4G.
532          *
533          *  - powerpc only uses ZONE_DMA, the size, up to 2G, may vary
534          *    depending on the specific device.
535          *
536          *  - s390 uses ZONE_DMA fixed to the lower 2G.
537          *
538          *  - ia64 and riscv only use ZONE_DMA32.
539          *
540          *  - parisc uses neither.
541          */
542 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
543         ZONE_DMA,
544 #endif
545 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
546         ZONE_DMA32,
547 #endif
548         /*
549          * Normal addressable memory is in ZONE_NORMAL. DMA operations can be
550          * performed on pages in ZONE_NORMAL if the DMA devices support
551          * transfers to all addressable memory.
552          */
553         ZONE_NORMAL,
554 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
555         /*
556          * A memory area that is only addressable by the kernel through
557          * mapping portions into its own address space. This is for example
558          * used by i386 to allow the kernel to address the memory beyond
559          * 900MB. The kernel will set up special mappings (page
560          * table entries on i386) for each page that the kernel needs to
561          * access.
562          */
563         ZONE_HIGHMEM,
564 #endif
565         ZONE_MOVABLE,
566 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
567         ZONE_DEVICE,
568 #endif
569         __MAX_NR_ZONES
570
571 };
572
573 #ifndef __GENERATING_BOUNDS_H
574
575 #define ASYNC_AND_SYNC 2
576
577 struct zone {
578         /* Read-mostly fields */
579
580         /* zone watermarks, access with *_wmark_pages(zone) macros */
581         unsigned long _watermark[NR_WMARK];
582         unsigned long watermark_boost;
583
584         unsigned long nr_reserved_highatomic;
585
586         /*
587          * We don't know if the memory that we're going to allocate will be
588          * freeable or/and it will be released eventually, so to avoid totally
589          * wasting several GB of ram we must reserve some of the lower zone
590          * memory (otherwise we risk to run OOM on the lower zones despite
591          * there being tons of freeable ram on the higher zones).  This array is
592          * recalculated at runtime if the sysctl_lowmem_reserve_ratio sysctl
593          * changes.
594          */
595         long lowmem_reserve[MAX_NR_ZONES];
596
597 #ifdef CONFIG_NUMA
598         int node;
599 #endif
600         struct pglist_data      *zone_pgdat;
601         struct per_cpu_pageset __percpu *pageset;
602
603 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
604         /*
605          * Flags for a pageblock_nr_pages block. See pageblock-flags.h.
606          * In SPARSEMEM, this map is stored in struct mem_section
607          */
608         unsigned long           *pageblock_flags;
609 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
610
611         /* zone_start_pfn == zone_start_paddr >> PAGE_SHIFT */
612         unsigned long           zone_start_pfn;
613
614         /*
615          * spanned_pages is the total pages spanned by the zone, including
616          * holes, which is calculated as:
617          *      spanned_pages = zone_end_pfn - zone_start_pfn;
618          *
619          * present_pages is physical pages existing within the zone, which
620          * is calculated as:
621          *      present_pages = spanned_pages - absent_pages(pages in holes);
622          *
623          * managed_pages is present pages managed by the buddy system, which
624          * is calculated as (reserved_pages includes pages allocated by the
625          * bootmem allocator):
626          *      managed_pages = present_pages - reserved_pages;
627          *
628          * So present_pages may be used by memory hotplug or memory power
629          * management logic to figure out unmanaged pages by checking
630          * (present_pages - managed_pages). And managed_pages should be used
631          * by page allocator and vm scanner to calculate all kinds of watermarks
632          * and thresholds.
633          *
634          * Locking rules:
635          *
636          * zone_start_pfn and spanned_pages are protected by span_seqlock.
637          * It is a seqlock because it has to be read outside of zone->lock,
638          * and it is done in the main allocator path.  But, it is written
639          * quite infrequently.
640          *
641          * The span_seq lock is declared along with zone->lock because it is
642          * frequently read in proximity to zone->lock.  It's good to
643          * give them a chance of being in the same cacheline.
644          *
645          * Write access to present_pages at runtime should be protected by
646          * mem_hotplug_begin/end(). Any reader who can't tolerant drift of
647          * present_pages should get_online_mems() to get a stable value.
648          */
649         atomic_long_t           managed_pages;
650         unsigned long           spanned_pages;
651         unsigned long           present_pages;
652
653         const char              *name;
654
655 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
656         /*
657          * Number of isolated pageblock. It is used to solve incorrect
658          * freepage counting problem due to racy retrieving migratetype
659          * of pageblock. Protected by zone->lock.
660          */
661         unsigned long           nr_isolate_pageblock;
662 #endif
663
664 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
665         /* see spanned/present_pages for more description */
666         seqlock_t               span_seqlock;
667 #endif
668
669         int initialized;
670
671         /* Write-intensive fields used from the page allocator */
672         ZONE_PADDING(_pad1_)
673
674         /* free areas of different sizes */
675         struct free_area        free_area[MAX_ORDER];
676
677         /* zone flags, see below */
678         unsigned long           flags;
679
680         /* Primarily protects free_area */
681         spinlock_t              lock;
682
683         /* Write-intensive fields used by compaction and vmstats. */
684         ZONE_PADDING(_pad2_)
685
686         /*
687          * When free pages are below this point, additional steps are taken
688          * when reading the number of free pages to avoid per-cpu counter
689          * drift allowing watermarks to be breached
690          */
691         unsigned long percpu_drift_mark;
692
693 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
694         /* pfn where compaction free scanner should start */
695         unsigned long           compact_cached_free_pfn;
696         /* pfn where compaction migration scanner should start */
697         unsigned long           compact_cached_migrate_pfn[ASYNC_AND_SYNC];
698         unsigned long           compact_init_migrate_pfn;
699         unsigned long           compact_init_free_pfn;
700 #endif
701
702 #ifdef CONFIG_COMPACTION
703         /*
704          * On compaction failure, 1<<compact_defer_shift compactions
705          * are skipped before trying again. The number attempted since
706          * last failure is tracked with compact_considered.
707          */
708         unsigned int            compact_considered;
709         unsigned int            compact_defer_shift;
710         int                     compact_order_failed;
711 #endif
712
713 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
714         /* Set to true when the PG_migrate_skip bits should be cleared */
715         bool                    compact_blockskip_flush;
716 #endif
717
718         bool                    contiguous;
719
720         ZONE_PADDING(_pad3_)
721         /* Zone statistics */
722         atomic_long_t           vm_stat[NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS];
723         atomic_long_t           vm_numa_stat[NR_VM_NUMA_STAT_ITEMS];
724 } ____cacheline_internodealigned_in_smp;
725
726 enum pgdat_flags {
727         PGDAT_DIRTY,                    /* reclaim scanning has recently found
728                                          * many dirty file pages at the tail
729                                          * of the LRU.
730                                          */
731         PGDAT_WRITEBACK,                /* reclaim scanning has recently found
732                                          * many pages under writeback
733                                          */
734         PGDAT_RECLAIM_LOCKED,           /* prevents concurrent reclaim */
735 };
736
737 enum zone_flags {
738         ZONE_BOOSTED_WATERMARK,         /* zone recently boosted watermarks.
739                                          * Cleared when kswapd is woken.
740                                          */
741 };
742
743 static inline unsigned long zone_managed_pages(struct zone *zone)
744 {
745         return (unsigned long)atomic_long_read(&zone->managed_pages);
746 }
747
748 static inline unsigned long zone_end_pfn(const struct zone *zone)
749 {
750         return zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
751 }
752
753 static inline bool zone_spans_pfn(const struct zone *zone, unsigned long pfn)
754 {
755         return zone->zone_start_pfn <= pfn && pfn < zone_end_pfn(zone);
756 }
757
758 static inline bool zone_is_initialized(struct zone *zone)
759 {
760         return zone->initialized;
761 }
762
763 static inline bool zone_is_empty(struct zone *zone)
764 {
765         return zone->spanned_pages == 0;
766 }
767
768 /*
769  * Return true if [start_pfn, start_pfn + nr_pages) range has a non-empty
770  * intersection with the given zone
771  */
772 static inline bool zone_intersects(struct zone *zone,
773                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
774 {
775         if (zone_is_empty(zone))
776                 return false;
777         if (start_pfn >= zone_end_pfn(zone) ||
778             start_pfn + nr_pages <= zone->zone_start_pfn)
779                 return false;
780
781         return true;
782 }
783
784 /*
785  * The "priority" of VM scanning is how much of the queues we will scan in one
786  * go. A value of 12 for DEF_PRIORITY implies that we will scan 1/4096th of the
787  * queues ("queue_length >> 12") during an aging round.
788  */
789 #define DEF_PRIORITY 12
790
791 /* Maximum number of zones on a zonelist */
792 #define MAX_ZONES_PER_ZONELIST (MAX_NUMNODES * MAX_NR_ZONES)
793
794 enum {
795         ZONELIST_FALLBACK,      /* zonelist with fallback */
796 #ifdef CONFIG_NUMA
797         /*
798          * The NUMA zonelists are doubled because we need zonelists that
799          * restrict the allocations to a single node for __GFP_THISNODE.
800          */
801         ZONELIST_NOFALLBACK,    /* zonelist without fallback (__GFP_THISNODE) */
802 #endif
803         MAX_ZONELISTS
804 };
805
806 /*
807  * This struct contains information about a zone in a zonelist. It is stored
808  * here to avoid dereferences into large structures and lookups of tables
809  */
810 struct zoneref {
811         struct zone *zone;      /* Pointer to actual zone */
812         int zone_idx;           /* zone_idx(zoneref->zone) */
813 };
814
815 /*
816  * One allocation request operates on a zonelist. A zonelist
817  * is a list of zones, the first one is the 'goal' of the
818  * allocation, the other zones are fallback zones, in decreasing
819  * priority.
820  *
821  * To speed the reading of the zonelist, the zonerefs contain the zone index
822  * of the entry being read. Helper functions to access information given
823  * a struct zoneref are
824  *
825  * zonelist_zone()      - Return the struct zone * for an entry in _zonerefs
826  * zonelist_zone_idx()  - Return the index of the zone for an entry
827  * zonelist_node_idx()  - Return the index of the node for an entry
828  */
829 struct zonelist {
830         struct zoneref _zonerefs[MAX_ZONES_PER_ZONELIST + 1];
831 };
832
833 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
834 /* The array of struct pages - for discontigmem use pgdat->lmem_map */
835 extern struct page *mem_map;
836 #endif
837
838 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
839 struct deferred_split {
840         spinlock_t split_queue_lock;
841         struct list_head split_queue;
842         unsigned long split_queue_len;
843 };
844 #endif
845
846 /*
847  * On NUMA machines, each NUMA node would have a pg_data_t to describe
848  * it's memory layout. On UMA machines there is a single pglist_data which
849  * describes the whole memory.
850  *
851  * Memory statistics and page replacement data structures are maintained on a
852  * per-zone basis.
853  */
854 struct bootmem_data;
855 typedef struct pglist_data {
856         struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];
857         struct zonelist node_zonelists[MAX_ZONELISTS];
858         int nr_zones;
859 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP /* means !SPARSEMEM */
860         struct page *node_mem_map;
861 #ifdef CONFIG_PAGE_EXTENSION
862         struct page_ext *node_page_ext;
863 #endif
864 #endif
865 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG) || defined(CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT)
866         /*
867          * Must be held any time you expect node_start_pfn,
868          * node_present_pages, node_spanned_pages or nr_zones to stay constant.
869          * Also synchronizes pgdat->first_deferred_pfn during deferred page
870          * init.
871          *
872          * pgdat_resize_lock() and pgdat_resize_unlock() are provided to
873          * manipulate node_size_lock without checking for CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
874          * or CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT.
875          *
876          * Nests above zone->lock and zone->span_seqlock
877          */
878         spinlock_t node_size_lock;
879 #endif
880         unsigned long node_start_pfn;
881         unsigned long node_present_pages; /* total number of physical pages */
882         unsigned long node_spanned_pages; /* total size of physical page
883                                              range, including holes */
884         int node_id;
885         wait_queue_head_t kswapd_wait;
886         wait_queue_head_t pfmemalloc_wait;
887         struct task_struct *kswapd;     /* Protected by
888                                            mem_hotplug_begin/end() */
889         int kswapd_order;
890         enum zone_type kswapd_classzone_idx;
891
892         int kswapd_failures;            /* Number of 'reclaimed == 0' runs */
893
894 #ifdef CONFIG_COMPACTION
895         int kcompactd_max_order;
896         enum zone_type kcompactd_classzone_idx;
897         wait_queue_head_t kcompactd_wait;
898         struct task_struct *kcompactd;
899 #endif
900         /*
901          * This is a per-node reserve of pages that are not available
902          * to userspace allocations.
903          */
904         unsigned long           totalreserve_pages;
905
906 #ifdef CONFIG_NUMA
907         /*
908          * zone reclaim becomes active if more unmapped pages exist.
909          */
910         unsigned long           min_unmapped_pages;
911         unsigned long           min_slab_pages;
912 #endif /* CONFIG_NUMA */
913
914         /* Write-intensive fields used by page reclaim */
915         ZONE_PADDING(_pad1_)
916         spinlock_t              lru_lock;
917
918 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
919         /*
920          * If memory initialisation on large machines is deferred then this
921          * is the first PFN that needs to be initialised.
922          */
923         unsigned long first_deferred_pfn;
924 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
925
926 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
927         struct deferred_split deferred_split_queue;
928 #endif
929
930         /* Fields commonly accessed by the page reclaim scanner */
931
932         /*
933          * NOTE: THIS IS UNUSED IF MEMCG IS ENABLED.
934          *
935          * Use mem_cgroup_lruvec() to look up lruvecs.
936          */
937         struct lruvec           __lruvec;
938
939         unsigned long           flags;
940
941         ZONE_PADDING(_pad2_)
942
943         /* Per-node vmstats */
944         struct per_cpu_nodestat __percpu *per_cpu_nodestats;
945         atomic_long_t           vm_stat[NR_VM_NODE_STAT_ITEMS];
946 } pg_data_t;
947
948 #define node_present_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_present_pages)
949 #define node_spanned_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_spanned_pages)
950 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
951 #define pgdat_page_nr(pgdat, pagenr)    ((pgdat)->node_mem_map + (pagenr))
952 #else
953 #define pgdat_page_nr(pgdat, pagenr)    pfn_to_page((pgdat)->node_start_pfn + (pagenr))
954 #endif
955 #define nid_page_nr(nid, pagenr)        pgdat_page_nr(NODE_DATA(nid),(pagenr))
956
957 #define node_start_pfn(nid)     (NODE_DATA(nid)->node_start_pfn)
958 #define node_end_pfn(nid) pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid))
959
960 static inline unsigned long pgdat_end_pfn(pg_data_t *pgdat)
961 {
962         return pgdat->node_start_pfn + pgdat->node_spanned_pages;
963 }
964
965 static inline bool pgdat_is_empty(pg_data_t *pgdat)
966 {
967         return !pgdat->node_start_pfn && !pgdat->node_spanned_pages;
968 }
969
970 #include <linux/memory_hotplug.h>
971
972 void build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat);
973 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, int order,
974                    enum zone_type classzone_idx);
975 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
976                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
977                          long free_pages);
978 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
979                 unsigned long mark, int classzone_idx,
980                 unsigned int alloc_flags);
981 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
982                 unsigned long mark, int classzone_idx);
983 enum memmap_context {
984         MEMMAP_EARLY,
985         MEMMAP_HOTPLUG,
986 };
987 extern void init_currently_empty_zone(struct zone *zone, unsigned long start_pfn,
988                                      unsigned long size);
989
990 extern void lruvec_init(struct lruvec *lruvec);
991
992 static inline struct pglist_data *lruvec_pgdat(struct lruvec *lruvec)
993 {
994 #ifdef CONFIG_MEMCG
995         return lruvec->pgdat;
996 #else
997         return container_of(lruvec, struct pglist_data, __lruvec);
998 #endif
999 }
1000
1001 extern unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru, int zone_idx);
1002
1003 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORY_PRESENT
1004 void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end);
1005 #else
1006 static inline void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end) {}
1007 #endif
1008
1009 #if defined(CONFIG_SPARSEMEM)
1010 void memblocks_present(void);
1011 #else
1012 static inline void memblocks_present(void) {}
1013 #endif
1014
1015 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
1016 int local_memory_node(int node_id);
1017 #else
1018 static inline int local_memory_node(int node_id) { return node_id; };
1019 #endif
1020
1021 /*
1022  * zone_idx() returns 0 for the ZONE_DMA zone, 1 for the ZONE_NORMAL zone, etc.
1023  */
1024 #define zone_idx(zone)          ((zone) - (zone)->zone_pgdat->node_zones)
1025
1026 /*
1027  * Returns true if a zone has pages managed by the buddy allocator.
1028  * All the reclaim decisions have to use this function rather than
1029  * populated_zone(). If the whole zone is reserved then we can easily
1030  * end up with populated_zone() && !managed_zone().
1031  */
1032 static inline bool managed_zone(struct zone *zone)
1033 {
1034         return zone_managed_pages(zone);
1035 }
1036
1037 /* Returns true if a zone has memory */
1038 static inline bool populated_zone(struct zone *zone)
1039 {
1040         return zone->present_pages;
1041 }
1042
1043 #ifdef CONFIG_NUMA
1044 static inline int zone_to_nid(struct zone *zone)
1045 {
1046         return zone->node;
1047 }
1048
1049 static inline void zone_set_nid(struct zone *zone, int nid)
1050 {
1051         zone->node = nid;
1052 }
1053 #else
1054 static inline int zone_to_nid(struct zone *zone)
1055 {
1056         return 0;
1057 }
1058
1059 static inline void zone_set_nid(struct zone *zone, int nid) {}
1060 #endif
1061
1062 extern int movable_zone;
1063
1064 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1065 static inline int zone_movable_is_highmem(void)
1066 {
1067 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
1068         return movable_zone == ZONE_HIGHMEM;
1069 #else
1070         return (ZONE_MOVABLE - 1) == ZONE_HIGHMEM;
1071 #endif
1072 }
1073 #endif
1074
1075 static inline int is_highmem_idx(enum zone_type idx)
1076 {
1077 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1078         return (idx == ZONE_HIGHMEM ||
1079                 (idx == ZONE_MOVABLE && zone_movable_is_highmem()));
1080 #else
1081         return 0;
1082 #endif
1083 }
1084
1085 /**
1086  * is_highmem - helper function to quickly check if a struct zone is a
1087  *              highmem zone or not.  This is an attempt to keep references
1088  *              to ZONE_{DMA/NORMAL/HIGHMEM/etc} in general code to a minimum.
1089  * @zone - pointer to struct zone variable
1090  */
1091 static inline int is_highmem(struct zone *zone)
1092 {
1093 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1094         return is_highmem_idx(zone_idx(zone));
1095 #else
1096         return 0;
1097 #endif
1098 }
1099
1100 /* These two functions are used to setup the per zone pages min values */
1101 struct ctl_table;
1102 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1103                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1104 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1105                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1106 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1107                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1108 extern int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES];
1109 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1110                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1111 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1112                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1113 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1114                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1115 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1116                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1117
1118 extern int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *, int,
1119                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1120 extern char numa_zonelist_order[];
1121 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
1122
1123 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1124
1125 extern struct pglist_data contig_page_data;
1126 #define NODE_DATA(nid)          (&contig_page_data)
1127 #define NODE_MEM_MAP(nid)       mem_map
1128
1129 #else /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1130
1131 #include <asm/mmzone.h>
1132
1133 #endif /* !CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1134
1135 extern struct pglist_data *first_online_pgdat(void);
1136 extern struct pglist_data *next_online_pgdat(struct pglist_data *pgdat);
1137 extern struct zone *next_zone(struct zone *zone);
1138
1139 /**
1140  * for_each_online_pgdat - helper macro to iterate over all online nodes
1141  * @pgdat - pointer to a pg_data_t variable
1142  */
1143 #define for_each_online_pgdat(pgdat)                    \
1144         for (pgdat = first_online_pgdat();              \
1145              pgdat;                                     \
1146              pgdat = next_online_pgdat(pgdat))
1147 /**
1148  * for_each_zone - helper macro to iterate over all memory zones
1149  * @zone - pointer to struct zone variable
1150  *
1151  * The user only needs to declare the zone variable, for_each_zone
1152  * fills it in.
1153  */
1154 #define for_each_zone(zone)                             \
1155         for (zone = (first_online_pgdat())->node_zones; \
1156              zone;                                      \
1157              zone = next_zone(zone))
1158
1159 #define for_each_populated_zone(zone)                   \
1160         for (zone = (first_online_pgdat())->node_zones; \
1161              zone;                                      \
1162              zone = next_zone(zone))                    \
1163                 if (!populated_zone(zone))              \
1164                         ; /* do nothing */              \
1165                 else
1166
1167 static inline struct zone *zonelist_zone(struct zoneref *zoneref)
1168 {
1169         return zoneref->zone;
1170 }
1171
1172 static inline int zonelist_zone_idx(struct zoneref *zoneref)
1173 {
1174         return zoneref->zone_idx;
1175 }
1176
1177 static inline int zonelist_node_idx(struct zoneref *zoneref)
1178 {
1179         return zone_to_nid(zoneref->zone);
1180 }
1181
1182 struct zoneref *__next_zones_zonelist(struct zoneref *z,
1183                                         enum zone_type highest_zoneidx,
1184                                         nodemask_t *nodes);
1185
1186 /**
1187  * 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
1188  * @z - The cursor used as a starting point for the search
1189  * @highest_zoneidx - The zone index of the highest zone to return
1190  * @nodes - An optional nodemask to filter the zonelist with
1191  *
1192  * This function returns the next zone at or below a given zone index that is
1193  * within the allowed nodemask using a cursor as the starting point for the
1194  * search. The zoneref returned is a cursor that represents the current zone
1195  * being examined. It should be advanced by one before calling
1196  * next_zones_zonelist again.
1197  */
1198 static __always_inline struct zoneref *next_zones_zonelist(struct zoneref *z,
1199                                         enum zone_type highest_zoneidx,
1200                                         nodemask_t *nodes)
1201 {
1202         if (likely(!nodes && zonelist_zone_idx(z) <= highest_zoneidx))
1203                 return z;
1204         return __next_zones_zonelist(z, highest_zoneidx, nodes);
1205 }
1206
1207 /**
1208  * first_zones_zonelist - Returns the first zone at or below highest_zoneidx within the allowed nodemask in a zonelist
1209  * @zonelist - The zonelist to search for a suitable zone
1210  * @highest_zoneidx - The zone index of the highest zone to return
1211  * @nodes - An optional nodemask to filter the zonelist with
1212  * @return - Zoneref pointer for the first suitable zone found (see below)
1213  *
1214  * This function returns the first zone at or below a given zone index that is
1215  * within the allowed nodemask. The zoneref returned is a cursor that can be
1216  * used to iterate the zonelist with next_zones_zonelist by advancing it by
1217  * one before calling.
1218  *
1219  * When no eligible zone is found, zoneref->zone is NULL (zoneref itself is
1220  * never NULL). This may happen either genuinely, or due to concurrent nodemask
1221  * update due to cpuset modification.
1222  */
1223 static inline struct zoneref *first_zones_zonelist(struct zonelist *zonelist,
1224                                         enum zone_type highest_zoneidx,
1225                                         nodemask_t *nodes)
1226 {
1227         return next_zones_zonelist(zonelist->_zonerefs,
1228                                                         highest_zoneidx, nodes);
1229 }
1230
1231 /**
1232  * 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
1233  * @zone - The current zone in the iterator
1234  * @z - The current pointer within zonelist->zones being iterated
1235  * @zlist - The zonelist being iterated
1236  * @highidx - The zone index of the highest zone to return
1237  * @nodemask - Nodemask allowed by the allocator
1238  *
1239  * This iterator iterates though all zones at or below a given zone index and
1240  * within a given nodemask
1241  */
1242 #define for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zlist, highidx, nodemask) \
1243         for (z = first_zones_zonelist(zlist, highidx, nodemask), zone = zonelist_zone(z);       \
1244                 zone;                                                   \
1245                 z = next_zones_zonelist(++z, highidx, nodemask),        \
1246                         zone = zonelist_zone(z))
1247
1248 #define for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zlist, highidx, nodemask) \
1249         for (zone = z->zone;    \
1250                 zone;                                                   \
1251                 z = next_zones_zonelist(++z, highidx, nodemask),        \
1252                         zone = zonelist_zone(z))
1253
1254
1255 /**
1256  * for_each_zone_zonelist - helper macro to iterate over valid zones in a zonelist at or below a given zone index
1257  * @zone - The current zone in the iterator
1258  * @z - The current pointer within zonelist->zones being iterated
1259  * @zlist - The zonelist being iterated
1260  * @highidx - The zone index of the highest zone to return
1261  *
1262  * This iterator iterates though all zones at or below a given zone index.
1263  */
1264 #define for_each_zone_zonelist(zone, z, zlist, highidx) \
1265         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zlist, highidx, NULL)
1266
1267 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
1268 #include <asm/sparsemem.h>
1269 #endif
1270
1271 #if !defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) && \
1272         !defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1273 static inline unsigned long early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1274 {
1275         BUILD_BUG_ON(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA));
1276         return 0;
1277 }
1278 #endif
1279
1280 #ifdef CONFIG_FLATMEM
1281 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
1282 #endif
1283
1284 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
1285
1286 /*
1287  * SECTION_SHIFT                #bits space required to store a section #
1288  *
1289  * PA_SECTION_SHIFT             physical address to/from section number
1290  * PFN_SECTION_SHIFT            pfn to/from section number
1291  */
1292 #define PA_SECTION_SHIFT        (SECTION_SIZE_BITS)
1293 #define PFN_SECTION_SHIFT       (SECTION_SIZE_BITS - PAGE_SHIFT)
1294
1295 #define NR_MEM_SECTIONS         (1UL << SECTIONS_SHIFT)
1296
1297 #define PAGES_PER_SECTION       (1UL << PFN_SECTION_SHIFT)
1298 #define PAGE_SECTION_MASK       (~(PAGES_PER_SECTION-1))
1299
1300 #define SECTION_BLOCKFLAGS_BITS \
1301         ((1UL << (PFN_SECTION_SHIFT - pageblock_order)) * NR_PAGEBLOCK_BITS)
1302
1303 #if (MAX_ORDER - 1 + PAGE_SHIFT) > SECTION_SIZE_BITS
1304 #error Allocator MAX_ORDER exceeds SECTION_SIZE
1305 #endif
1306
1307 static inline unsigned long pfn_to_section_nr(unsigned long pfn)
1308 {
1309         return pfn >> PFN_SECTION_SHIFT;
1310 }
1311 static inline unsigned long section_nr_to_pfn(unsigned long sec)
1312 {
1313         return sec << PFN_SECTION_SHIFT;
1314 }
1315
1316 #define SECTION_ALIGN_UP(pfn)   (((pfn) + PAGES_PER_SECTION - 1) & PAGE_SECTION_MASK)
1317 #define SECTION_ALIGN_DOWN(pfn) ((pfn) & PAGE_SECTION_MASK)
1318
1319 #define SUBSECTION_SHIFT 21
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         DECLARE_BITMAP(subsection_map, SUBSECTIONS_PER_SECTION);
1336         /* See declaration of similar field in struct zone */
1337         unsigned long pageblock_flags[0];
1338 };
1339
1340 void subsection_map_init(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages);
1341
1342 struct page;
1343 struct page_ext;
1344 struct mem_section {
1345         /*
1346          * This is, logically, a pointer to an array of struct
1347          * pages.  However, it is stored with some other magic.
1348          * (see sparse.c::sparse_init_one_section())
1349          *
1350          * Additionally during early boot we encode node id of
1351          * the location of the section here to guide allocation.
1352          * (see sparse.c::memory_present())
1353          *
1354          * Making it a UL at least makes someone do a cast
1355          * before using it wrong.
1356          */
1357         unsigned long section_mem_map;
1358
1359         struct mem_section_usage *usage;
1360 #ifdef CONFIG_PAGE_EXTENSION
1361         /*
1362          * If SPARSEMEM, pgdat doesn't have page_ext pointer. We use
1363          * section. (see page_ext.h about this.)
1364          */
1365         struct page_ext *page_ext;
1366         unsigned long pad;
1367 #endif
1368         /*
1369          * WARNING: mem_section must be a power-of-2 in size for the
1370          * calculation and use of SECTION_ROOT_MASK to make sense.
1371          */
1372 };
1373
1374 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
1375 #define SECTIONS_PER_ROOT       (PAGE_SIZE / sizeof (struct mem_section))
1376 #else
1377 #define SECTIONS_PER_ROOT       1
1378 #endif
1379
1380 #define SECTION_NR_TO_ROOT(sec) ((sec) / SECTIONS_PER_ROOT)
1381 #define NR_SECTION_ROOTS        DIV_ROUND_UP(NR_MEM_SECTIONS, SECTIONS_PER_ROOT)
1382 #define SECTION_ROOT_MASK       (SECTIONS_PER_ROOT - 1)
1383
1384 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
1385 extern struct mem_section **mem_section;
1386 #else
1387 extern struct mem_section mem_section[NR_SECTION_ROOTS][SECTIONS_PER_ROOT];
1388 #endif
1389
1390 static inline unsigned long *section_to_usemap(struct mem_section *ms)
1391 {
1392         return ms->usage->pageblock_flags;
1393 }
1394
1395 static inline struct mem_section *__nr_to_section(unsigned long nr)
1396 {
1397 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
1398         if (!mem_section)
1399                 return NULL;
1400 #endif
1401         if (!mem_section[SECTION_NR_TO_ROOT(nr)])
1402                 return NULL;
1403         return &mem_section[SECTION_NR_TO_ROOT(nr)][nr & SECTION_ROOT_MASK];
1404 }
1405 extern unsigned long __section_nr(struct mem_section *ms);
1406 extern size_t mem_section_usage_size(void);
1407
1408 /*
1409  * We use the lower bits of the mem_map pointer to store
1410  * a little bit of information.  The pointer is calculated
1411  * as mem_map - section_nr_to_pfn(pnum).  The result is
1412  * aligned to the minimum alignment of the two values:
1413  *   1. All mem_map arrays are page-aligned.
1414  *   2. section_nr_to_pfn() always clears PFN_SECTION_SHIFT
1415  *      lowest bits.  PFN_SECTION_SHIFT is arch-specific
1416  *      (equal SECTION_SIZE_BITS - PAGE_SHIFT), and the
1417  *      worst combination is powerpc with 256k pages,
1418  *      which results in PFN_SECTION_SHIFT equal 6.
1419  * To sum it up, at least 6 bits are available.
1420  */
1421 #define SECTION_MARKED_PRESENT  (1UL<<0)
1422 #define SECTION_HAS_MEM_MAP     (1UL<<1)
1423 #define SECTION_IS_ONLINE       (1UL<<2)
1424 #define SECTION_IS_EARLY        (1UL<<3)
1425 #define SECTION_MAP_LAST_BIT    (1UL<<4)
1426 #define SECTION_MAP_MASK        (~(SECTION_MAP_LAST_BIT-1))
1427 #define SECTION_NID_SHIFT       3
1428
1429 static inline struct page *__section_mem_map_addr(struct mem_section *section)
1430 {
1431         unsigned long map = section->section_mem_map;
1432         map &= SECTION_MAP_MASK;
1433         return (struct page *)map;
1434 }
1435
1436 static inline int present_section(struct mem_section *section)
1437 {
1438         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_MARKED_PRESENT));
1439 }
1440
1441 static inline int present_section_nr(unsigned long nr)
1442 {
1443         return present_section(__nr_to_section(nr));
1444 }
1445
1446 static inline int valid_section(struct mem_section *section)
1447 {
1448         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_HAS_MEM_MAP));
1449 }
1450
1451 static inline int early_section(struct mem_section *section)
1452 {
1453         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_IS_EARLY));
1454 }
1455
1456 static inline int valid_section_nr(unsigned long nr)
1457 {
1458         return valid_section(__nr_to_section(nr));
1459 }
1460
1461 static inline int online_section(struct mem_section *section)
1462 {
1463         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_IS_ONLINE));
1464 }
1465
1466 static inline int online_section_nr(unsigned long nr)
1467 {
1468         return online_section(__nr_to_section(nr));
1469 }
1470
1471 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
1472 void online_mem_sections(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn);
1473 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
1474 void offline_mem_sections(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn);
1475 #endif
1476 #endif
1477
1478 static inline struct mem_section *__pfn_to_section(unsigned long pfn)
1479 {
1480         return __nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn));
1481 }
1482
1483 extern unsigned long __highest_present_section_nr;
1484
1485 static inline int subsection_map_index(unsigned long pfn)
1486 {
1487         return (pfn & ~(PAGE_SECTION_MASK)) / PAGES_PER_SUBSECTION;
1488 }
1489
1490 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
1491 static inline int pfn_section_valid(struct mem_section *ms, unsigned long pfn)
1492 {
1493         int idx = subsection_map_index(pfn);
1494
1495         return test_bit(idx, ms->usage->subsection_map);
1496 }
1497 #else
1498 static inline int pfn_section_valid(struct mem_section *ms, unsigned long pfn)
1499 {
1500         return 1;
1501 }
1502 #endif
1503
1504 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_PFN_VALID
1505 static inline int pfn_valid(unsigned long pfn)
1506 {
1507         struct mem_section *ms;
1508
1509         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
1510                 return 0;
1511         ms = __nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn));
1512         if (!valid_section(ms))
1513                 return 0;
1514         /*
1515          * Traditionally early sections always returned pfn_valid() for
1516          * the entire section-sized span.
1517          */
1518         return early_section(ms) || pfn_section_valid(ms, pfn);
1519 }
1520 #endif
1521
1522 static inline int pfn_present(unsigned long pfn)
1523 {
1524         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
1525                 return 0;
1526         return present_section(__nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn)));
1527 }
1528
1529 /*
1530  * These are _only_ used during initialisation, therefore they
1531  * can use __initdata ...  They could have names to indicate
1532  * this restriction.
1533  */
1534 #ifdef CONFIG_NUMA
1535 #define pfn_to_nid(pfn)                                                 \
1536 ({                                                                      \
1537         unsigned long __pfn_to_nid_pfn = (pfn);                         \
1538         page_to_nid(pfn_to_page(__pfn_to_nid_pfn));                     \
1539 })
1540 #else
1541 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
1542 #endif
1543
1544 #define early_pfn_valid(pfn)    pfn_valid(pfn)
1545 void sparse_init(void);
1546 #else
1547 #define sparse_init()   do {} while (0)
1548 #define sparse_index_init(_sec, _nid)  do {} while (0)
1549 #define pfn_present pfn_valid
1550 #define subsection_map_init(_pfn, _nr_pages) do {} while (0)
1551 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
1552
1553 /*
1554  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1555  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1556  * may treat start/end as pfns or sections.
1557  */
1558 struct mminit_pfnnid_cache {
1559         unsigned long last_start;
1560         unsigned long last_end;
1561         int last_nid;
1562 };
1563
1564 #ifndef early_pfn_valid
1565 #define early_pfn_valid(pfn)    (1)
1566 #endif
1567
1568 void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end);
1569
1570 /*
1571  * If it is possible to have holes within a MAX_ORDER_NR_PAGES, then we
1572  * need to check pfn validity within that MAX_ORDER_NR_PAGES block.
1573  * pfn_valid_within() should be used in this case; we optimise this away
1574  * when we have no holes within a MAX_ORDER_NR_PAGES block.
1575  */
1576 #ifdef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1577 #define pfn_valid_within(pfn) pfn_valid(pfn)
1578 #else
1579 #define pfn_valid_within(pfn) (1)
1580 #endif
1581
1582 #ifdef CONFIG_ARCH_HAS_HOLES_MEMORYMODEL
1583 /*
1584  * pfn_valid() is meant to be able to tell if a given PFN has valid memmap
1585  * associated with it or not. This means that a struct page exists for this
1586  * pfn. The caller cannot assume the page is fully initialized in general.
1587  * Hotplugable pages might not have been onlined yet. pfn_to_online_page()
1588  * will ensure the struct page is fully online and initialized. Special pages
1589  * (e.g. ZONE_DEVICE) are never onlined and should be treated accordingly.
1590  *
1591  * In FLATMEM, it is expected that holes always have valid memmap as long as
1592  * there is valid PFNs either side of the hole. In SPARSEMEM, it is assumed
1593  * that a valid section has a memmap for the entire section.
1594  *
1595  * However, an ARM, and maybe other embedded architectures in the future
1596  * free memmap backing holes to save memory on the assumption the memmap is
1597  * never used. The page_zone linkages are then broken even though pfn_valid()
1598  * returns true. A walker of the full memmap must then do this additional
1599  * check to ensure the memmap they are looking at is sane by making sure
1600  * the zone and PFN linkages are still valid. This is expensive, but walkers
1601  * of the full memmap are extremely rare.
1602  */
1603 bool memmap_valid_within(unsigned long pfn,
1604                                         struct page *page, struct zone *zone);
1605 #else
1606 static inline bool memmap_valid_within(unsigned long pfn,
1607                                         struct page *page, struct zone *zone)
1608 {
1609         return true;
1610 }
1611 #endif /* CONFIG_ARCH_HAS_HOLES_MEMORYMODEL */
1612
1613 #endif /* !__GENERATING_BOUNDS.H */
1614 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
1615 #endif /* _LINUX_MMZONE_H */