UPSTREAM: mm: multi-gen LRU: thrashing prevention
[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 struct page_vma_mapped_walk;
365
366 #define LRU_GEN_MASK            ((BIT(LRU_GEN_WIDTH) - 1) << LRU_GEN_PGOFF)
367 #define LRU_REFS_MASK           ((BIT(LRU_REFS_WIDTH) - 1) << LRU_REFS_PGOFF)
368
369 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
370
371 enum {
372         LRU_GEN_ANON,
373         LRU_GEN_FILE,
374 };
375
376 enum {
377         LRU_GEN_CORE,
378         LRU_GEN_MM_WALK,
379         LRU_GEN_NONLEAF_YOUNG,
380         NR_LRU_GEN_CAPS
381 };
382
383 #define MIN_LRU_BATCH           BITS_PER_LONG
384 #define MAX_LRU_BATCH           (MIN_LRU_BATCH * 64)
385
386 /* whether to keep historical stats from evicted generations */
387 #ifdef CONFIG_LRU_GEN_STATS
388 #define NR_HIST_GENS            MAX_NR_GENS
389 #else
390 #define NR_HIST_GENS            1U
391 #endif
392
393 /*
394  * The youngest generation number is stored in max_seq for both anon and file
395  * types as they are aged on an equal footing. The oldest generation numbers are
396  * stored in min_seq[] separately for anon and file types as clean file pages
397  * can be evicted regardless of swap constraints.
398  *
399  * Normally anon and file min_seq are in sync. But if swapping is constrained,
400  * e.g., out of swap space, file min_seq is allowed to advance and leave anon
401  * min_seq behind.
402  *
403  * The number of pages in each generation is eventually consistent and therefore
404  * can be transiently negative when reset_batch_size() is pending.
405  */
406 struct lru_gen_struct {
407         /* the aging increments the youngest generation number */
408         unsigned long max_seq;
409         /* the eviction increments the oldest generation numbers */
410         unsigned long min_seq[ANON_AND_FILE];
411         /* the birth time of each generation in jiffies */
412         unsigned long timestamps[MAX_NR_GENS];
413         /* the multi-gen LRU lists, lazily sorted on eviction */
414         struct list_head lists[MAX_NR_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_ZONES];
415         /* the multi-gen LRU sizes, eventually consistent */
416         long nr_pages[MAX_NR_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_ZONES];
417         /* the exponential moving average of refaulted */
418         unsigned long avg_refaulted[ANON_AND_FILE][MAX_NR_TIERS];
419         /* the exponential moving average of evicted+protected */
420         unsigned long avg_total[ANON_AND_FILE][MAX_NR_TIERS];
421         /* the first tier doesn't need protection, hence the minus one */
422         unsigned long protected[NR_HIST_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_TIERS - 1];
423         /* can be modified without holding the LRU lock */
424         atomic_long_t evicted[NR_HIST_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_TIERS];
425         atomic_long_t refaulted[NR_HIST_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_TIERS];
426         /* whether the multi-gen LRU is enabled */
427         bool enabled;
428 };
429
430 enum {
431         MM_LEAF_TOTAL,          /* total leaf entries */
432         MM_LEAF_OLD,            /* old leaf entries */
433         MM_LEAF_YOUNG,          /* young leaf entries */
434         MM_NONLEAF_TOTAL,       /* total non-leaf entries */
435         MM_NONLEAF_FOUND,       /* non-leaf entries found in Bloom filters */
436         MM_NONLEAF_ADDED,       /* non-leaf entries added to Bloom filters */
437         NR_MM_STATS
438 };
439
440 /* double-buffering Bloom filters */
441 #define NR_BLOOM_FILTERS        2
442
443 struct lru_gen_mm_state {
444         /* set to max_seq after each iteration */
445         unsigned long seq;
446         /* where the current iteration continues (inclusive) */
447         struct list_head *head;
448         /* where the last iteration ended (exclusive) */
449         struct list_head *tail;
450         /* to wait for the last page table walker to finish */
451         struct wait_queue_head wait;
452         /* Bloom filters flip after each iteration */
453         unsigned long *filters[NR_BLOOM_FILTERS];
454         /* the mm stats for debugging */
455         unsigned long stats[NR_HIST_GENS][NR_MM_STATS];
456         /* the number of concurrent page table walkers */
457         int nr_walkers;
458 };
459
460 struct lru_gen_mm_walk {
461         /* the lruvec under reclaim */
462         struct lruvec *lruvec;
463         /* unstable max_seq from lru_gen_struct */
464         unsigned long max_seq;
465         /* the next address within an mm to scan */
466         unsigned long next_addr;
467         /* to batch promoted pages */
468         int nr_pages[MAX_NR_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_ZONES];
469         /* to batch the mm stats */
470         int mm_stats[NR_MM_STATS];
471         /* total batched items */
472         int batched;
473         bool can_swap;
474         bool force_scan;
475 };
476
477 void lru_gen_init_lruvec(struct lruvec *lruvec);
478 void lru_gen_look_around(struct page_vma_mapped_walk *pvmw);
479
480 #ifdef CONFIG_MEMCG
481 void lru_gen_init_memcg(struct mem_cgroup *memcg);
482 void lru_gen_exit_memcg(struct mem_cgroup *memcg);
483 #endif
484
485 #else /* !CONFIG_LRU_GEN */
486
487 static inline void lru_gen_init_lruvec(struct lruvec *lruvec)
488 {
489 }
490
491 static inline void lru_gen_look_around(struct page_vma_mapped_walk *pvmw)
492 {
493 }
494
495 #ifdef CONFIG_MEMCG
496 static inline void lru_gen_init_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
497 {
498 }
499
500 static inline void lru_gen_exit_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
501 {
502 }
503 #endif
504
505 #endif /* CONFIG_LRU_GEN */
506
507 struct lruvec {
508         struct list_head                lists[NR_LRU_LISTS];
509         struct zone_reclaim_stat        reclaim_stat;
510         /* Evictions & activations on the inactive file list */
511         atomic_long_t                   inactive_age;
512         /* Refaults at the time of last reclaim cycle */
513         unsigned long                   refaults;
514         /* Various lruvec state flags (enum lruvec_flags) */
515         unsigned long                   flags;
516 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
517         /* evictable pages divided into generations */
518         struct lru_gen_struct           lrugen;
519         /* to concurrently iterate lru_gen_mm_list */
520         struct lru_gen_mm_state         mm_state;
521 #endif
522 #ifdef CONFIG_MEMCG
523         struct pglist_data *pgdat;
524 #endif
525 };
526
527 /* Isolate unmapped file */
528 #define ISOLATE_UNMAPPED        ((__force isolate_mode_t)0x2)
529 /* Isolate for asynchronous migration */
530 #define ISOLATE_ASYNC_MIGRATE   ((__force isolate_mode_t)0x4)
531 /* Isolate unevictable pages */
532 #define ISOLATE_UNEVICTABLE     ((__force isolate_mode_t)0x8)
533
534 /* LRU Isolation modes. */
535 typedef unsigned __bitwise isolate_mode_t;
536
537 enum zone_watermarks {
538         WMARK_MIN,
539         WMARK_LOW,
540         WMARK_HIGH,
541         NR_WMARK
542 };
543
544 #define min_wmark_pages(z) (z->_watermark[WMARK_MIN] + z->watermark_boost)
545 #define low_wmark_pages(z) (z->_watermark[WMARK_LOW] + z->watermark_boost)
546 #define high_wmark_pages(z) (z->_watermark[WMARK_HIGH] + z->watermark_boost)
547 #define wmark_pages(z, i) (z->_watermark[i] + z->watermark_boost)
548
549 struct per_cpu_pages {
550         int count;              /* number of pages in the list */
551         int high;               /* high watermark, emptying needed */
552         int batch;              /* chunk size for buddy add/remove */
553
554         /* Lists of pages, one per migrate type stored on the pcp-lists */
555         struct list_head lists[MIGRATE_PCPTYPES];
556 };
557
558 struct per_cpu_pageset {
559         struct per_cpu_pages pcp;
560 #ifdef CONFIG_NUMA
561         s8 expire;
562         u16 vm_numa_stat_diff[NR_VM_NUMA_STAT_ITEMS];
563 #endif
564 #ifdef CONFIG_SMP
565         s8 stat_threshold;
566         s8 vm_stat_diff[NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS];
567 #endif
568 };
569
570 struct per_cpu_nodestat {
571         s8 stat_threshold;
572         s8 vm_node_stat_diff[NR_VM_NODE_STAT_ITEMS];
573 };
574
575 #endif /* !__GENERATING_BOUNDS.H */
576
577 enum zone_type {
578         /*
579          * ZONE_DMA and ZONE_DMA32 are used when there are peripherals not able
580          * to DMA to all of the addressable memory (ZONE_NORMAL).
581          * On architectures where this area covers the whole 32 bit address
582          * space ZONE_DMA32 is used. ZONE_DMA is left for the ones with smaller
583          * DMA addressing constraints. This distinction is important as a 32bit
584          * DMA mask is assumed when ZONE_DMA32 is defined. Some 64-bit
585          * platforms may need both zones as they support peripherals with
586          * different DMA addressing limitations.
587          *
588          * Some examples:
589          *
590          *  - i386 and x86_64 have a fixed 16M ZONE_DMA and ZONE_DMA32 for the
591          *    rest of the lower 4G.
592          *
593          *  - arm only uses ZONE_DMA, the size, up to 4G, may vary depending on
594          *    the specific device.
595          *
596          *  - arm64 has a fixed 1G ZONE_DMA and ZONE_DMA32 for the rest of the
597          *    lower 4G.
598          *
599          *  - powerpc only uses ZONE_DMA, the size, up to 2G, may vary
600          *    depending on the specific device.
601          *
602          *  - s390 uses ZONE_DMA fixed to the lower 2G.
603          *
604          *  - ia64 and riscv only use ZONE_DMA32.
605          *
606          *  - parisc uses neither.
607          */
608 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
609         ZONE_DMA,
610 #endif
611 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
612         ZONE_DMA32,
613 #endif
614         /*
615          * Normal addressable memory is in ZONE_NORMAL. DMA operations can be
616          * performed on pages in ZONE_NORMAL if the DMA devices support
617          * transfers to all addressable memory.
618          */
619         ZONE_NORMAL,
620 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
621         /*
622          * A memory area that is only addressable by the kernel through
623          * mapping portions into its own address space. This is for example
624          * used by i386 to allow the kernel to address the memory beyond
625          * 900MB. The kernel will set up special mappings (page
626          * table entries on i386) for each page that the kernel needs to
627          * access.
628          */
629         ZONE_HIGHMEM,
630 #endif
631         ZONE_MOVABLE,
632 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
633         ZONE_DEVICE,
634 #endif
635         __MAX_NR_ZONES
636
637 };
638
639 #ifndef __GENERATING_BOUNDS_H
640
641 #define ASYNC_AND_SYNC 2
642
643 struct zone {
644         /* Read-mostly fields */
645
646         /* zone watermarks, access with *_wmark_pages(zone) macros */
647         unsigned long _watermark[NR_WMARK];
648         unsigned long watermark_boost;
649
650         unsigned long nr_reserved_highatomic;
651
652         /*
653          * We don't know if the memory that we're going to allocate will be
654          * freeable or/and it will be released eventually, so to avoid totally
655          * wasting several GB of ram we must reserve some of the lower zone
656          * memory (otherwise we risk to run OOM on the lower zones despite
657          * there being tons of freeable ram on the higher zones).  This array is
658          * recalculated at runtime if the sysctl_lowmem_reserve_ratio sysctl
659          * changes.
660          */
661         long lowmem_reserve[MAX_NR_ZONES];
662
663 #ifdef CONFIG_NUMA
664         int node;
665 #endif
666         struct pglist_data      *zone_pgdat;
667         struct per_cpu_pageset __percpu *pageset;
668
669 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
670         /*
671          * Flags for a pageblock_nr_pages block. See pageblock-flags.h.
672          * In SPARSEMEM, this map is stored in struct mem_section
673          */
674         unsigned long           *pageblock_flags;
675 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
676
677         /* zone_start_pfn == zone_start_paddr >> PAGE_SHIFT */
678         unsigned long           zone_start_pfn;
679
680         /*
681          * spanned_pages is the total pages spanned by the zone, including
682          * holes, which is calculated as:
683          *      spanned_pages = zone_end_pfn - zone_start_pfn;
684          *
685          * present_pages is physical pages existing within the zone, which
686          * is calculated as:
687          *      present_pages = spanned_pages - absent_pages(pages in holes);
688          *
689          * managed_pages is present pages managed by the buddy system, which
690          * is calculated as (reserved_pages includes pages allocated by the
691          * bootmem allocator):
692          *      managed_pages = present_pages - reserved_pages;
693          *
694          * So present_pages may be used by memory hotplug or memory power
695          * management logic to figure out unmanaged pages by checking
696          * (present_pages - managed_pages). And managed_pages should be used
697          * by page allocator and vm scanner to calculate all kinds of watermarks
698          * and thresholds.
699          *
700          * Locking rules:
701          *
702          * zone_start_pfn and spanned_pages are protected by span_seqlock.
703          * It is a seqlock because it has to be read outside of zone->lock,
704          * and it is done in the main allocator path.  But, it is written
705          * quite infrequently.
706          *
707          * The span_seq lock is declared along with zone->lock because it is
708          * frequently read in proximity to zone->lock.  It's good to
709          * give them a chance of being in the same cacheline.
710          *
711          * Write access to present_pages at runtime should be protected by
712          * mem_hotplug_begin/end(). Any reader who can't tolerant drift of
713          * present_pages should get_online_mems() to get a stable value.
714          */
715         atomic_long_t           managed_pages;
716         unsigned long           spanned_pages;
717         unsigned long           present_pages;
718
719         const char              *name;
720
721 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
722         /*
723          * Number of isolated pageblock. It is used to solve incorrect
724          * freepage counting problem due to racy retrieving migratetype
725          * of pageblock. Protected by zone->lock.
726          */
727         unsigned long           nr_isolate_pageblock;
728 #endif
729
730 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
731         /* see spanned/present_pages for more description */
732         seqlock_t               span_seqlock;
733 #endif
734
735         int initialized;
736
737         /* Write-intensive fields used from the page allocator */
738         ZONE_PADDING(_pad1_)
739
740         /* free areas of different sizes */
741         struct free_area        free_area[MAX_ORDER];
742
743         /* zone flags, see below */
744         unsigned long           flags;
745
746         /* Primarily protects free_area */
747         spinlock_t              lock;
748
749         /* Write-intensive fields used by compaction and vmstats. */
750         ZONE_PADDING(_pad2_)
751
752         /*
753          * When free pages are below this point, additional steps are taken
754          * when reading the number of free pages to avoid per-cpu counter
755          * drift allowing watermarks to be breached
756          */
757         unsigned long percpu_drift_mark;
758
759 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
760         /* pfn where compaction free scanner should start */
761         unsigned long           compact_cached_free_pfn;
762         /* pfn where compaction migration scanner should start */
763         unsigned long           compact_cached_migrate_pfn[ASYNC_AND_SYNC];
764         unsigned long           compact_init_migrate_pfn;
765         unsigned long           compact_init_free_pfn;
766 #endif
767
768 #ifdef CONFIG_COMPACTION
769         /*
770          * On compaction failure, 1<<compact_defer_shift compactions
771          * are skipped before trying again. The number attempted since
772          * last failure is tracked with compact_considered.
773          */
774         unsigned int            compact_considered;
775         unsigned int            compact_defer_shift;
776         int                     compact_order_failed;
777 #endif
778
779 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
780         /* Set to true when the PG_migrate_skip bits should be cleared */
781         bool                    compact_blockskip_flush;
782 #endif
783
784         bool                    contiguous;
785
786         ZONE_PADDING(_pad3_)
787         /* Zone statistics */
788         atomic_long_t           vm_stat[NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS];
789         atomic_long_t           vm_numa_stat[NR_VM_NUMA_STAT_ITEMS];
790 } ____cacheline_internodealigned_in_smp;
791
792 enum pgdat_flags {
793         PGDAT_DIRTY,                    /* reclaim scanning has recently found
794                                          * many dirty file pages at the tail
795                                          * of the LRU.
796                                          */
797         PGDAT_WRITEBACK,                /* reclaim scanning has recently found
798                                          * many pages under writeback
799                                          */
800         PGDAT_RECLAIM_LOCKED,           /* prevents concurrent reclaim */
801 };
802
803 enum zone_flags {
804         ZONE_BOOSTED_WATERMARK,         /* zone recently boosted watermarks.
805                                          * Cleared when kswapd is woken.
806                                          */
807 };
808
809 static inline unsigned long zone_managed_pages(struct zone *zone)
810 {
811         return (unsigned long)atomic_long_read(&zone->managed_pages);
812 }
813
814 static inline unsigned long zone_end_pfn(const struct zone *zone)
815 {
816         return zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
817 }
818
819 static inline bool zone_spans_pfn(const struct zone *zone, unsigned long pfn)
820 {
821         return zone->zone_start_pfn <= pfn && pfn < zone_end_pfn(zone);
822 }
823
824 static inline bool zone_is_initialized(struct zone *zone)
825 {
826         return zone->initialized;
827 }
828
829 static inline bool zone_is_empty(struct zone *zone)
830 {
831         return zone->spanned_pages == 0;
832 }
833
834 /*
835  * Return true if [start_pfn, start_pfn + nr_pages) range has a non-empty
836  * intersection with the given zone
837  */
838 static inline bool zone_intersects(struct zone *zone,
839                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
840 {
841         if (zone_is_empty(zone))
842                 return false;
843         if (start_pfn >= zone_end_pfn(zone) ||
844             start_pfn + nr_pages <= zone->zone_start_pfn)
845                 return false;
846
847         return true;
848 }
849
850 /*
851  * The "priority" of VM scanning is how much of the queues we will scan in one
852  * go. A value of 12 for DEF_PRIORITY implies that we will scan 1/4096th of the
853  * queues ("queue_length >> 12") during an aging round.
854  */
855 #define DEF_PRIORITY 12
856
857 /* Maximum number of zones on a zonelist */
858 #define MAX_ZONES_PER_ZONELIST (MAX_NUMNODES * MAX_NR_ZONES)
859
860 enum {
861         ZONELIST_FALLBACK,      /* zonelist with fallback */
862 #ifdef CONFIG_NUMA
863         /*
864          * The NUMA zonelists are doubled because we need zonelists that
865          * restrict the allocations to a single node for __GFP_THISNODE.
866          */
867         ZONELIST_NOFALLBACK,    /* zonelist without fallback (__GFP_THISNODE) */
868 #endif
869         MAX_ZONELISTS
870 };
871
872 /*
873  * This struct contains information about a zone in a zonelist. It is stored
874  * here to avoid dereferences into large structures and lookups of tables
875  */
876 struct zoneref {
877         struct zone *zone;      /* Pointer to actual zone */
878         int zone_idx;           /* zone_idx(zoneref->zone) */
879 };
880
881 /*
882  * One allocation request operates on a zonelist. A zonelist
883  * is a list of zones, the first one is the 'goal' of the
884  * allocation, the other zones are fallback zones, in decreasing
885  * priority.
886  *
887  * To speed the reading of the zonelist, the zonerefs contain the zone index
888  * of the entry being read. Helper functions to access information given
889  * a struct zoneref are
890  *
891  * zonelist_zone()      - Return the struct zone * for an entry in _zonerefs
892  * zonelist_zone_idx()  - Return the index of the zone for an entry
893  * zonelist_node_idx()  - Return the index of the node for an entry
894  */
895 struct zonelist {
896         struct zoneref _zonerefs[MAX_ZONES_PER_ZONELIST + 1];
897 };
898
899 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
900 /* The array of struct pages - for discontigmem use pgdat->lmem_map */
901 extern struct page *mem_map;
902 #endif
903
904 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
905 struct deferred_split {
906         spinlock_t split_queue_lock;
907         struct list_head split_queue;
908         unsigned long split_queue_len;
909 };
910 #endif
911
912 /*
913  * On NUMA machines, each NUMA node would have a pg_data_t to describe
914  * it's memory layout. On UMA machines there is a single pglist_data which
915  * describes the whole memory.
916  *
917  * Memory statistics and page replacement data structures are maintained on a
918  * per-zone basis.
919  */
920 struct bootmem_data;
921 typedef struct pglist_data {
922         struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];
923         struct zonelist node_zonelists[MAX_ZONELISTS];
924         int nr_zones;
925 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP /* means !SPARSEMEM */
926         struct page *node_mem_map;
927 #ifdef CONFIG_PAGE_EXTENSION
928         struct page_ext *node_page_ext;
929 #endif
930 #endif
931 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG) || defined(CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT)
932         /*
933          * Must be held any time you expect node_start_pfn,
934          * node_present_pages, node_spanned_pages or nr_zones to stay constant.
935          * Also synchronizes pgdat->first_deferred_pfn during deferred page
936          * init.
937          *
938          * pgdat_resize_lock() and pgdat_resize_unlock() are provided to
939          * manipulate node_size_lock without checking for CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
940          * or CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT.
941          *
942          * Nests above zone->lock and zone->span_seqlock
943          */
944         spinlock_t node_size_lock;
945 #endif
946         unsigned long node_start_pfn;
947         unsigned long node_present_pages; /* total number of physical pages */
948         unsigned long node_spanned_pages; /* total size of physical page
949                                              range, including holes */
950         int node_id;
951         wait_queue_head_t kswapd_wait;
952         wait_queue_head_t pfmemalloc_wait;
953         struct task_struct *kswapd;     /* Protected by
954                                            mem_hotplug_begin/end() */
955         int kswapd_order;
956         enum zone_type kswapd_classzone_idx;
957
958         int kswapd_failures;            /* Number of 'reclaimed == 0' runs */
959
960 #ifdef CONFIG_COMPACTION
961         int kcompactd_max_order;
962         enum zone_type kcompactd_classzone_idx;
963         wait_queue_head_t kcompactd_wait;
964         struct task_struct *kcompactd;
965 #endif
966         /*
967          * This is a per-node reserve of pages that are not available
968          * to userspace allocations.
969          */
970         unsigned long           totalreserve_pages;
971
972 #ifdef CONFIG_NUMA
973         /*
974          * zone reclaim becomes active if more unmapped pages exist.
975          */
976         unsigned long           min_unmapped_pages;
977         unsigned long           min_slab_pages;
978 #endif /* CONFIG_NUMA */
979
980         /* Write-intensive fields used by page reclaim */
981         ZONE_PADDING(_pad1_)
982         spinlock_t              lru_lock;
983
984 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
985         /*
986          * If memory initialisation on large machines is deferred then this
987          * is the first PFN that needs to be initialised.
988          */
989         unsigned long first_deferred_pfn;
990 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
991
992 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
993         struct deferred_split deferred_split_queue;
994 #endif
995
996         /* Fields commonly accessed by the page reclaim scanner */
997
998         /*
999          * NOTE: THIS IS UNUSED IF MEMCG IS ENABLED.
1000          *
1001          * Use mem_cgroup_lruvec() to look up lruvecs.
1002          */
1003         struct lruvec           __lruvec;
1004
1005         unsigned long           flags;
1006
1007 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
1008         /* kswap mm walk data */
1009         struct lru_gen_mm_walk  mm_walk;
1010 #endif
1011
1012         ZONE_PADDING(_pad2_)
1013
1014         /* Per-node vmstats */
1015         struct per_cpu_nodestat __percpu *per_cpu_nodestats;
1016         atomic_long_t           vm_stat[NR_VM_NODE_STAT_ITEMS];
1017 } pg_data_t;
1018
1019 #define node_present_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_present_pages)
1020 #define node_spanned_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_spanned_pages)
1021 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
1022 #define pgdat_page_nr(pgdat, pagenr)    ((pgdat)->node_mem_map + (pagenr))
1023 #else
1024 #define pgdat_page_nr(pgdat, pagenr)    pfn_to_page((pgdat)->node_start_pfn + (pagenr))
1025 #endif
1026 #define nid_page_nr(nid, pagenr)        pgdat_page_nr(NODE_DATA(nid),(pagenr))
1027
1028 #define node_start_pfn(nid)     (NODE_DATA(nid)->node_start_pfn)
1029 #define node_end_pfn(nid) pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid))
1030
1031 static inline unsigned long pgdat_end_pfn(pg_data_t *pgdat)
1032 {
1033         return pgdat->node_start_pfn + pgdat->node_spanned_pages;
1034 }
1035
1036 static inline bool pgdat_is_empty(pg_data_t *pgdat)
1037 {
1038         return !pgdat->node_start_pfn && !pgdat->node_spanned_pages;
1039 }
1040
1041 #include <linux/memory_hotplug.h>
1042
1043 void build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat);
1044 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, int order,
1045                    enum zone_type classzone_idx);
1046 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
1047                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
1048                          long free_pages);
1049 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
1050                 unsigned long mark, int classzone_idx,
1051                 unsigned int alloc_flags);
1052 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
1053                 unsigned long mark, int classzone_idx);
1054 enum memmap_context {
1055         MEMMAP_EARLY,
1056         MEMMAP_HOTPLUG,
1057 };
1058 extern void init_currently_empty_zone(struct zone *zone, unsigned long start_pfn,
1059                                      unsigned long size);
1060
1061 extern void lruvec_init(struct lruvec *lruvec);
1062
1063 static inline struct pglist_data *lruvec_pgdat(struct lruvec *lruvec)
1064 {
1065 #ifdef CONFIG_MEMCG
1066         return lruvec->pgdat;
1067 #else
1068         return container_of(lruvec, struct pglist_data, __lruvec);
1069 #endif
1070 }
1071
1072 extern unsigned long lruvec_lru_size(struct lruvec *lruvec, enum lru_list lru, int zone_idx);
1073
1074 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORY_PRESENT
1075 void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end);
1076 #else
1077 static inline void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end) {}
1078 #endif
1079
1080 #if defined(CONFIG_SPARSEMEM)
1081 void memblocks_present(void);
1082 #else
1083 static inline void memblocks_present(void) {}
1084 #endif
1085
1086 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
1087 int local_memory_node(int node_id);
1088 #else
1089 static inline int local_memory_node(int node_id) { return node_id; };
1090 #endif
1091
1092 /*
1093  * zone_idx() returns 0 for the ZONE_DMA zone, 1 for the ZONE_NORMAL zone, etc.
1094  */
1095 #define zone_idx(zone)          ((zone) - (zone)->zone_pgdat->node_zones)
1096
1097 /*
1098  * Returns true if a zone has pages managed by the buddy allocator.
1099  * All the reclaim decisions have to use this function rather than
1100  * populated_zone(). If the whole zone is reserved then we can easily
1101  * end up with populated_zone() && !managed_zone().
1102  */
1103 static inline bool managed_zone(struct zone *zone)
1104 {
1105         return zone_managed_pages(zone);
1106 }
1107
1108 /* Returns true if a zone has memory */
1109 static inline bool populated_zone(struct zone *zone)
1110 {
1111         return zone->present_pages;
1112 }
1113
1114 #ifdef CONFIG_NUMA
1115 static inline int zone_to_nid(struct zone *zone)
1116 {
1117         return zone->node;
1118 }
1119
1120 static inline void zone_set_nid(struct zone *zone, int nid)
1121 {
1122         zone->node = nid;
1123 }
1124 #else
1125 static inline int zone_to_nid(struct zone *zone)
1126 {
1127         return 0;
1128 }
1129
1130 static inline void zone_set_nid(struct zone *zone, int nid) {}
1131 #endif
1132
1133 extern int movable_zone;
1134
1135 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1136 static inline int zone_movable_is_highmem(void)
1137 {
1138 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
1139         return movable_zone == ZONE_HIGHMEM;
1140 #else
1141         return (ZONE_MOVABLE - 1) == ZONE_HIGHMEM;
1142 #endif
1143 }
1144 #endif
1145
1146 static inline int is_highmem_idx(enum zone_type idx)
1147 {
1148 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1149         return (idx == ZONE_HIGHMEM ||
1150                 (idx == ZONE_MOVABLE && zone_movable_is_highmem()));
1151 #else
1152         return 0;
1153 #endif
1154 }
1155
1156 /**
1157  * is_highmem - helper function to quickly check if a struct zone is a
1158  *              highmem zone or not.  This is an attempt to keep references
1159  *              to ZONE_{DMA/NORMAL/HIGHMEM/etc} in general code to a minimum.
1160  * @zone - pointer to struct zone variable
1161  */
1162 static inline int is_highmem(struct zone *zone)
1163 {
1164 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1165         return is_highmem_idx(zone_idx(zone));
1166 #else
1167         return 0;
1168 #endif
1169 }
1170
1171 /* These two functions are used to setup the per zone pages min values */
1172 struct ctl_table;
1173 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1174                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1175 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1176                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1177 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1178                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1179 extern int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES];
1180 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1181                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1182 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1183                                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1184 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1185                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1186 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *, int,
1187                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1188
1189 extern int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *, int,
1190                         void __user *, size_t *, loff_t *);
1191 extern char numa_zonelist_order[];
1192 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
1193
1194 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1195
1196 extern struct pglist_data contig_page_data;
1197 #define NODE_DATA(nid)          (&contig_page_data)
1198 #define NODE_MEM_MAP(nid)       mem_map
1199
1200 #else /* CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1201
1202 #include <asm/mmzone.h>
1203
1204 #endif /* !CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES */
1205
1206 extern struct pglist_data *first_online_pgdat(void);
1207 extern struct pglist_data *next_online_pgdat(struct pglist_data *pgdat);
1208 extern struct zone *next_zone(struct zone *zone);
1209
1210 /**
1211  * for_each_online_pgdat - helper macro to iterate over all online nodes
1212  * @pgdat - pointer to a pg_data_t variable
1213  */
1214 #define for_each_online_pgdat(pgdat)                    \
1215         for (pgdat = first_online_pgdat();              \
1216              pgdat;                                     \
1217              pgdat = next_online_pgdat(pgdat))
1218 /**
1219  * for_each_zone - helper macro to iterate over all memory zones
1220  * @zone - pointer to struct zone variable
1221  *
1222  * The user only needs to declare the zone variable, for_each_zone
1223  * fills it in.
1224  */
1225 #define for_each_zone(zone)                             \
1226         for (zone = (first_online_pgdat())->node_zones; \
1227              zone;                                      \
1228              zone = next_zone(zone))
1229
1230 #define for_each_populated_zone(zone)                   \
1231         for (zone = (first_online_pgdat())->node_zones; \
1232              zone;                                      \
1233              zone = next_zone(zone))                    \
1234                 if (!populated_zone(zone))              \
1235                         ; /* do nothing */              \
1236                 else
1237
1238 static inline struct zone *zonelist_zone(struct zoneref *zoneref)
1239 {
1240         return zoneref->zone;
1241 }
1242
1243 static inline int zonelist_zone_idx(struct zoneref *zoneref)
1244 {
1245         return zoneref->zone_idx;
1246 }
1247
1248 static inline int zonelist_node_idx(struct zoneref *zoneref)
1249 {
1250         return zone_to_nid(zoneref->zone);
1251 }
1252
1253 struct zoneref *__next_zones_zonelist(struct zoneref *z,
1254                                         enum zone_type highest_zoneidx,
1255                                         nodemask_t *nodes);
1256
1257 /**
1258  * 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
1259  * @z - The cursor used as a starting point for the search
1260  * @highest_zoneidx - The zone index of the highest zone to return
1261  * @nodes - An optional nodemask to filter the zonelist with
1262  *
1263  * This function returns the next zone at or below a given zone index that is
1264  * within the allowed nodemask using a cursor as the starting point for the
1265  * search. The zoneref returned is a cursor that represents the current zone
1266  * being examined. It should be advanced by one before calling
1267  * next_zones_zonelist again.
1268  */
1269 static __always_inline struct zoneref *next_zones_zonelist(struct zoneref *z,
1270                                         enum zone_type highest_zoneidx,
1271                                         nodemask_t *nodes)
1272 {
1273         if (likely(!nodes && zonelist_zone_idx(z) <= highest_zoneidx))
1274                 return z;
1275         return __next_zones_zonelist(z, highest_zoneidx, nodes);
1276 }
1277
1278 /**
1279  * first_zones_zonelist - Returns the first zone at or below highest_zoneidx within the allowed nodemask in a zonelist
1280  * @zonelist - The zonelist to search for a suitable zone
1281  * @highest_zoneidx - The zone index of the highest zone to return
1282  * @nodes - An optional nodemask to filter the zonelist with
1283  * @return - Zoneref pointer for the first suitable zone found (see below)
1284  *
1285  * This function returns the first zone at or below a given zone index that is
1286  * within the allowed nodemask. The zoneref returned is a cursor that can be
1287  * used to iterate the zonelist with next_zones_zonelist by advancing it by
1288  * one before calling.
1289  *
1290  * When no eligible zone is found, zoneref->zone is NULL (zoneref itself is
1291  * never NULL). This may happen either genuinely, or due to concurrent nodemask
1292  * update due to cpuset modification.
1293  */
1294 static inline struct zoneref *first_zones_zonelist(struct zonelist *zonelist,
1295                                         enum zone_type highest_zoneidx,
1296                                         nodemask_t *nodes)
1297 {
1298         return next_zones_zonelist(zonelist->_zonerefs,
1299                                                         highest_zoneidx, nodes);
1300 }
1301
1302 /**
1303  * 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
1304  * @zone - The current zone in the iterator
1305  * @z - The current pointer within zonelist->zones being iterated
1306  * @zlist - The zonelist being iterated
1307  * @highidx - The zone index of the highest zone to return
1308  * @nodemask - Nodemask allowed by the allocator
1309  *
1310  * This iterator iterates though all zones at or below a given zone index and
1311  * within a given nodemask
1312  */
1313 #define for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zlist, highidx, nodemask) \
1314         for (z = first_zones_zonelist(zlist, highidx, nodemask), zone = zonelist_zone(z);       \
1315                 zone;                                                   \
1316                 z = next_zones_zonelist(++z, highidx, nodemask),        \
1317                         zone = zonelist_zone(z))
1318
1319 #define for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zlist, highidx, nodemask) \
1320         for (zone = z->zone;    \
1321                 zone;                                                   \
1322                 z = next_zones_zonelist(++z, highidx, nodemask),        \
1323                         zone = zonelist_zone(z))
1324
1325
1326 /**
1327  * for_each_zone_zonelist - helper macro to iterate over valid zones in a zonelist at or below a given zone index
1328  * @zone - The current zone in the iterator
1329  * @z - The current pointer within zonelist->zones being iterated
1330  * @zlist - The zonelist being iterated
1331  * @highidx - The zone index of the highest zone to return
1332  *
1333  * This iterator iterates though all zones at or below a given zone index.
1334  */
1335 #define for_each_zone_zonelist(zone, z, zlist, highidx) \
1336         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zlist, highidx, NULL)
1337
1338 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
1339 #include <asm/sparsemem.h>
1340 #endif
1341
1342 #if !defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) && \
1343         !defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1344 static inline unsigned long early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1345 {
1346         BUILD_BUG_ON(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA));
1347         return 0;
1348 }
1349 #endif
1350
1351 #ifdef CONFIG_FLATMEM
1352 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
1353 #endif
1354
1355 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
1356
1357 /*
1358  * SECTION_SHIFT                #bits space required to store a section #
1359  *
1360  * PA_SECTION_SHIFT             physical address to/from section number
1361  * PFN_SECTION_SHIFT            pfn to/from section number
1362  */
1363 #define PA_SECTION_SHIFT        (SECTION_SIZE_BITS)
1364 #define PFN_SECTION_SHIFT       (SECTION_SIZE_BITS - PAGE_SHIFT)
1365
1366 #define NR_MEM_SECTIONS         (1UL << SECTIONS_SHIFT)
1367
1368 #define PAGES_PER_SECTION       (1UL << PFN_SECTION_SHIFT)
1369 #define PAGE_SECTION_MASK       (~(PAGES_PER_SECTION-1))
1370
1371 #define SECTION_BLOCKFLAGS_BITS \
1372         ((1UL << (PFN_SECTION_SHIFT - pageblock_order)) * NR_PAGEBLOCK_BITS)
1373
1374 #if (MAX_ORDER - 1 + PAGE_SHIFT) > SECTION_SIZE_BITS
1375 #error Allocator MAX_ORDER exceeds SECTION_SIZE
1376 #endif
1377
1378 static inline unsigned long pfn_to_section_nr(unsigned long pfn)
1379 {
1380         return pfn >> PFN_SECTION_SHIFT;
1381 }
1382 static inline unsigned long section_nr_to_pfn(unsigned long sec)
1383 {
1384         return sec << PFN_SECTION_SHIFT;
1385 }
1386
1387 #define SECTION_ALIGN_UP(pfn)   (((pfn) + PAGES_PER_SECTION - 1) & PAGE_SECTION_MASK)
1388 #define SECTION_ALIGN_DOWN(pfn) ((pfn) & PAGE_SECTION_MASK)
1389
1390 #define SUBSECTION_SHIFT 21
1391
1392 #define PFN_SUBSECTION_SHIFT (SUBSECTION_SHIFT - PAGE_SHIFT)
1393 #define PAGES_PER_SUBSECTION (1UL << PFN_SUBSECTION_SHIFT)
1394 #define PAGE_SUBSECTION_MASK (~(PAGES_PER_SUBSECTION-1))
1395
1396 #if SUBSECTION_SHIFT > SECTION_SIZE_BITS
1397 #error Subsection size exceeds section size
1398 #else
1399 #define SUBSECTIONS_PER_SECTION (1UL << (SECTION_SIZE_BITS - SUBSECTION_SHIFT))
1400 #endif
1401
1402 #define SUBSECTION_ALIGN_UP(pfn) ALIGN((pfn), PAGES_PER_SUBSECTION)
1403 #define SUBSECTION_ALIGN_DOWN(pfn) ((pfn) & PAGE_SUBSECTION_MASK)
1404
1405 struct mem_section_usage {
1406         DECLARE_BITMAP(subsection_map, SUBSECTIONS_PER_SECTION);
1407         /* See declaration of similar field in struct zone */
1408         unsigned long pageblock_flags[0];
1409 };
1410
1411 void subsection_map_init(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages);
1412
1413 struct page;
1414 struct page_ext;
1415 struct mem_section {
1416         /*
1417          * This is, logically, a pointer to an array of struct
1418          * pages.  However, it is stored with some other magic.
1419          * (see sparse.c::sparse_init_one_section())
1420          *
1421          * Additionally during early boot we encode node id of
1422          * the location of the section here to guide allocation.
1423          * (see sparse.c::memory_present())
1424          *
1425          * Making it a UL at least makes someone do a cast
1426          * before using it wrong.
1427          */
1428         unsigned long section_mem_map;
1429
1430         struct mem_section_usage *usage;
1431 #ifdef CONFIG_PAGE_EXTENSION
1432         /*
1433          * If SPARSEMEM, pgdat doesn't have page_ext pointer. We use
1434          * section. (see page_ext.h about this.)
1435          */
1436         struct page_ext *page_ext;
1437         unsigned long pad;
1438 #endif
1439         /*
1440          * WARNING: mem_section must be a power-of-2 in size for the
1441          * calculation and use of SECTION_ROOT_MASK to make sense.
1442          */
1443 };
1444
1445 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
1446 #define SECTIONS_PER_ROOT       (PAGE_SIZE / sizeof (struct mem_section))
1447 #else
1448 #define SECTIONS_PER_ROOT       1
1449 #endif
1450
1451 #define SECTION_NR_TO_ROOT(sec) ((sec) / SECTIONS_PER_ROOT)
1452 #define NR_SECTION_ROOTS        DIV_ROUND_UP(NR_MEM_SECTIONS, SECTIONS_PER_ROOT)
1453 #define SECTION_ROOT_MASK       (SECTIONS_PER_ROOT - 1)
1454
1455 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
1456 extern struct mem_section **mem_section;
1457 #else
1458 extern struct mem_section mem_section[NR_SECTION_ROOTS][SECTIONS_PER_ROOT];
1459 #endif
1460
1461 static inline unsigned long *section_to_usemap(struct mem_section *ms)
1462 {
1463         return ms->usage->pageblock_flags;
1464 }
1465
1466 static inline struct mem_section *__nr_to_section(unsigned long nr)
1467 {
1468 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
1469         if (!mem_section)
1470                 return NULL;
1471 #endif
1472         if (!mem_section[SECTION_NR_TO_ROOT(nr)])
1473                 return NULL;
1474         return &mem_section[SECTION_NR_TO_ROOT(nr)][nr & SECTION_ROOT_MASK];
1475 }
1476 extern unsigned long __section_nr(struct mem_section *ms);
1477 extern size_t mem_section_usage_size(void);
1478
1479 /*
1480  * We use the lower bits of the mem_map pointer to store
1481  * a little bit of information.  The pointer is calculated
1482  * as mem_map - section_nr_to_pfn(pnum).  The result is
1483  * aligned to the minimum alignment of the two values:
1484  *   1. All mem_map arrays are page-aligned.
1485  *   2. section_nr_to_pfn() always clears PFN_SECTION_SHIFT
1486  *      lowest bits.  PFN_SECTION_SHIFT is arch-specific
1487  *      (equal SECTION_SIZE_BITS - PAGE_SHIFT), and the
1488  *      worst combination is powerpc with 256k pages,
1489  *      which results in PFN_SECTION_SHIFT equal 6.
1490  * To sum it up, at least 6 bits are available.
1491  */
1492 #define SECTION_MARKED_PRESENT  (1UL<<0)
1493 #define SECTION_HAS_MEM_MAP     (1UL<<1)
1494 #define SECTION_IS_ONLINE       (1UL<<2)
1495 #define SECTION_IS_EARLY        (1UL<<3)
1496 #define SECTION_MAP_LAST_BIT    (1UL<<4)
1497 #define SECTION_MAP_MASK        (~(SECTION_MAP_LAST_BIT-1))
1498 #define SECTION_NID_SHIFT       3
1499
1500 static inline struct page *__section_mem_map_addr(struct mem_section *section)
1501 {
1502         unsigned long map = section->section_mem_map;
1503         map &= SECTION_MAP_MASK;
1504         return (struct page *)map;
1505 }
1506
1507 static inline int present_section(struct mem_section *section)
1508 {
1509         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_MARKED_PRESENT));
1510 }
1511
1512 static inline int present_section_nr(unsigned long nr)
1513 {
1514         return present_section(__nr_to_section(nr));
1515 }
1516
1517 static inline int valid_section(struct mem_section *section)
1518 {
1519         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_HAS_MEM_MAP));
1520 }
1521
1522 static inline int early_section(struct mem_section *section)
1523 {
1524         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_IS_EARLY));
1525 }
1526
1527 static inline int valid_section_nr(unsigned long nr)
1528 {
1529         return valid_section(__nr_to_section(nr));
1530 }
1531
1532 static inline int online_section(struct mem_section *section)
1533 {
1534         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_IS_ONLINE));
1535 }
1536
1537 static inline int online_section_nr(unsigned long nr)
1538 {
1539         return online_section(__nr_to_section(nr));
1540 }
1541
1542 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
1543 void online_mem_sections(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn);
1544 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
1545 void offline_mem_sections(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn);
1546 #endif
1547 #endif
1548
1549 static inline struct mem_section *__pfn_to_section(unsigned long pfn)
1550 {
1551         return __nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn));
1552 }
1553
1554 extern unsigned long __highest_present_section_nr;
1555
1556 static inline int subsection_map_index(unsigned long pfn)
1557 {
1558         return (pfn & ~(PAGE_SECTION_MASK)) / PAGES_PER_SUBSECTION;
1559 }
1560
1561 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
1562 static inline int pfn_section_valid(struct mem_section *ms, unsigned long pfn)
1563 {
1564         int idx = subsection_map_index(pfn);
1565
1566         return test_bit(idx, ms->usage->subsection_map);
1567 }
1568 #else
1569 static inline int pfn_section_valid(struct mem_section *ms, unsigned long pfn)
1570 {
1571         return 1;
1572 }
1573 #endif
1574
1575 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_PFN_VALID
1576 static inline int pfn_valid(unsigned long pfn)
1577 {
1578         struct mem_section *ms;
1579
1580         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
1581                 return 0;
1582         ms = __nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn));
1583         if (!valid_section(ms))
1584                 return 0;
1585         /*
1586          * Traditionally early sections always returned pfn_valid() for
1587          * the entire section-sized span.
1588          */
1589         return early_section(ms) || pfn_section_valid(ms, pfn);
1590 }
1591 #endif
1592
1593 static inline int pfn_present(unsigned long pfn)
1594 {
1595         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
1596                 return 0;
1597         return present_section(__nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn)));
1598 }
1599
1600 /*
1601  * These are _only_ used during initialisation, therefore they
1602  * can use __initdata ...  They could have names to indicate
1603  * this restriction.
1604  */
1605 #ifdef CONFIG_NUMA
1606 #define pfn_to_nid(pfn)                                                 \
1607 ({                                                                      \
1608         unsigned long __pfn_to_nid_pfn = (pfn);                         \
1609         page_to_nid(pfn_to_page(__pfn_to_nid_pfn));                     \
1610 })
1611 #else
1612 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
1613 #endif
1614
1615 #define early_pfn_valid(pfn)    pfn_valid(pfn)
1616 void sparse_init(void);
1617 #else
1618 #define sparse_init()   do {} while (0)
1619 #define sparse_index_init(_sec, _nid)  do {} while (0)
1620 #define pfn_present pfn_valid
1621 #define subsection_map_init(_pfn, _nr_pages) do {} while (0)
1622 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
1623
1624 /*
1625  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1626  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1627  * may treat start/end as pfns or sections.
1628  */
1629 struct mminit_pfnnid_cache {
1630         unsigned long last_start;
1631         unsigned long last_end;
1632         int last_nid;
1633 };
1634
1635 #ifndef early_pfn_valid
1636 #define early_pfn_valid(pfn)    (1)
1637 #endif
1638
1639 void memory_present(int nid, unsigned long start, unsigned long end);
1640
1641 /*
1642  * If it is possible to have holes within a MAX_ORDER_NR_PAGES, then we
1643  * need to check pfn validity within that MAX_ORDER_NR_PAGES block.
1644  * pfn_valid_within() should be used in this case; we optimise this away
1645  * when we have no holes within a MAX_ORDER_NR_PAGES block.
1646  */
1647 #ifdef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1648 #define pfn_valid_within(pfn) pfn_valid(pfn)
1649 #else
1650 #define pfn_valid_within(pfn) (1)
1651 #endif
1652
1653 #ifdef CONFIG_ARCH_HAS_HOLES_MEMORYMODEL
1654 /*
1655  * pfn_valid() is meant to be able to tell if a given PFN has valid memmap
1656  * associated with it or not. This means that a struct page exists for this
1657  * pfn. The caller cannot assume the page is fully initialized in general.
1658  * Hotplugable pages might not have been onlined yet. pfn_to_online_page()
1659  * will ensure the struct page is fully online and initialized. Special pages
1660  * (e.g. ZONE_DEVICE) are never onlined and should be treated accordingly.
1661  *
1662  * In FLATMEM, it is expected that holes always have valid memmap as long as
1663  * there is valid PFNs either side of the hole. In SPARSEMEM, it is assumed
1664  * that a valid section has a memmap for the entire section.
1665  *
1666  * However, an ARM, and maybe other embedded architectures in the future
1667  * free memmap backing holes to save memory on the assumption the memmap is
1668  * never used. The page_zone linkages are then broken even though pfn_valid()
1669  * returns true. A walker of the full memmap must then do this additional
1670  * check to ensure the memmap they are looking at is sane by making sure
1671  * the zone and PFN linkages are still valid. This is expensive, but walkers
1672  * of the full memmap are extremely rare.
1673  */
1674 bool memmap_valid_within(unsigned long pfn,
1675                                         struct page *page, struct zone *zone);
1676 #else
1677 static inline bool memmap_valid_within(unsigned long pfn,
1678                                         struct page *page, struct zone *zone)
1679 {
1680         return true;
1681 }
1682 #endif /* CONFIG_ARCH_HAS_HOLES_MEMORYMODEL */
1683
1684 #endif /* !__GENERATING_BOUNDS.H */
1685 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
1686 #endif /* _LINUX_MMZONE_H */