93f292a60cb03d0f799aed15ce94b761e4d3715f
[platform/adaptation/renesas_rcar/renesas_kernel.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/module.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/pagevec.h>
31 #include <linux/blkdev.h>
32 #include <linux/slab.h>
33 #include <linux/ratelimit.h>
34 #include <linux/oom.h>
35 #include <linux/notifier.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/stop_machine.h>
46 #include <linux/sort.h>
47 #include <linux/pfn.h>
48 #include <linux/backing-dev.h>
49 #include <linux/fault-inject.h>
50 #include <linux/page-isolation.h>
51 #include <linux/page_cgroup.h>
52 #include <linux/debugobjects.h>
53 #include <linux/kmemleak.h>
54 #include <linux/compaction.h>
55 #include <trace/events/kmem.h>
56 #include <linux/ftrace_event.h>
57 #include <linux/memcontrol.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/page-debug-flags.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63
64 #include <asm/tlbflush.h>
65 #include <asm/div64.h>
66 #include "internal.h"
67
68 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
69 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
70
71 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
72 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
73 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
74 #endif
75
76 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
77 /*
78  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
79  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
80  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
81  * defined in <linux/topology.h>.
82  */
83 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
84 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
85 #endif
86
87 /*
88  * Array of node states.
89  */
90 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
91         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
92         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
93 #ifndef CONFIG_NUMA
94         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
95 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
96         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
97 #endif
98 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
99         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
100 #endif
101         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
102 #endif  /* NUMA */
103 };
104 EXPORT_SYMBOL(node_states);
105
106 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
107 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
108
109 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
110 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
111 /*
112  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
113  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
114  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
115  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
116  */
117 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
118
119 int percpu_pagelist_fraction;
120 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
121
122 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
123 /*
124  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
125  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
126  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
127  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
128  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
129  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
130  */
131
132 static gfp_t saved_gfp_mask;
133
134 void pm_restore_gfp_mask(void)
135 {
136         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
137         if (saved_gfp_mask) {
138                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
139                 saved_gfp_mask = 0;
140         }
141 }
142
143 void pm_restrict_gfp_mask(void)
144 {
145         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
146         WARN_ON(saved_gfp_mask);
147         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
148         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
149 }
150
151 bool pm_suspended_storage(void)
152 {
153         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
154                 return false;
155         return true;
156 }
157 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
158
159 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
160 int pageblock_order __read_mostly;
161 #endif
162
163 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
164
165 /*
166  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
167  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
168  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
169  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
170  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
171  *      HIGHMEM allocation will (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
172  *
173  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
174  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
175  */
176 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
177 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
178          256,
179 #endif
180 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
181          256,
182 #endif
183 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
184          32,
185 #endif
186          32,
187 };
188
189 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
190
191 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
192 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
193          "DMA",
194 #endif
195 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
196          "DMA32",
197 #endif
198          "Normal",
199 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
200          "HighMem",
201 #endif
202          "Movable",
203 };
204
205 int min_free_kbytes = 1024;
206
207 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
208 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
209 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
210
211 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
212 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
213 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
214 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
215 static unsigned long __initdata required_movablecore;
216 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
217
218 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
219 int movable_zone;
220 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
221 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
222
223 #if MAX_NUMNODES > 1
224 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
225 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
226 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
227 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
228 #endif
229
230 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
231
232 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
233 {
234
235         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled))
236                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
237
238         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
239                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
240 }
241
242 bool oom_killer_disabled __read_mostly;
243
244 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
245 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
246 {
247         int ret = 0;
248         unsigned seq;
249         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
250         unsigned long sp, start_pfn;
251
252         do {
253                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
254                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
255                 sp = zone->spanned_pages;
256                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
257                         ret = 1;
258         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
259
260         if (ret)
261                 pr_err("page %lu outside zone [ %lu - %lu ]\n",
262                         pfn, start_pfn, start_pfn + sp);
263
264         return ret;
265 }
266
267 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
268 {
269         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
270                 return 0;
271         if (zone != page_zone(page))
272                 return 0;
273
274         return 1;
275 }
276 /*
277  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
278  */
279 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
280 {
281         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
282                 return 1;
283         if (!page_is_consistent(zone, page))
284                 return 1;
285
286         return 0;
287 }
288 #else
289 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
290 {
291         return 0;
292 }
293 #endif
294
295 static void bad_page(struct page *page)
296 {
297         static unsigned long resume;
298         static unsigned long nr_shown;
299         static unsigned long nr_unshown;
300
301         /* Don't complain about poisoned pages */
302         if (PageHWPoison(page)) {
303                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
304                 return;
305         }
306
307         /*
308          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
309          * or allow a steady drip of one report per second.
310          */
311         if (nr_shown == 60) {
312                 if (time_before(jiffies, resume)) {
313                         nr_unshown++;
314                         goto out;
315                 }
316                 if (nr_unshown) {
317                         printk(KERN_ALERT
318                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
319                                 nr_unshown);
320                         nr_unshown = 0;
321                 }
322                 nr_shown = 0;
323         }
324         if (nr_shown++ == 0)
325                 resume = jiffies + 60 * HZ;
326
327         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
328                 current->comm, page_to_pfn(page));
329         dump_page(page);
330
331         print_modules();
332         dump_stack();
333 out:
334         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
335         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
336         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
337 }
338
339 /*
340  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
341  *
342  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
343  *
344  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
345  *
346  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
347  * pointing at the head page.
348  *
349  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
350  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
351  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
352  */
353
354 static void free_compound_page(struct page *page)
355 {
356         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
357 }
358
359 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
360 {
361         int i;
362         int nr_pages = 1 << order;
363
364         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
365         set_compound_order(page, order);
366         __SetPageHead(page);
367         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
368                 struct page *p = page + i;
369                 __SetPageTail(p);
370                 set_page_count(p, 0);
371                 p->first_page = page;
372         }
373 }
374
375 /* update __split_huge_page_refcount if you change this function */
376 static int destroy_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
377 {
378         int i;
379         int nr_pages = 1 << order;
380         int bad = 0;
381
382         if (unlikely(compound_order(page) != order)) {
383                 bad_page(page);
384                 bad++;
385         }
386
387         __ClearPageHead(page);
388
389         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
390                 struct page *p = page + i;
391
392                 if (unlikely(!PageTail(p) || (p->first_page != page))) {
393                         bad_page(page);
394                         bad++;
395                 }
396                 __ClearPageTail(p);
397         }
398
399         return bad;
400 }
401
402 static inline void prep_zero_page(struct page *page, int order, gfp_t gfp_flags)
403 {
404         int i;
405
406         /*
407          * clear_highpage() will use KM_USER0, so it's a bug to use __GFP_ZERO
408          * and __GFP_HIGHMEM from hard or soft interrupt context.
409          */
410         VM_BUG_ON((gfp_flags & __GFP_HIGHMEM) && in_interrupt());
411         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
412                 clear_highpage(page + i);
413 }
414
415 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
416 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
417
418 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
419 {
420         unsigned long res;
421
422         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
423                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
424                 return 0;
425         }
426         _debug_guardpage_minorder = res;
427         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
428         return 0;
429 }
430 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
431
432 static inline void set_page_guard_flag(struct page *page)
433 {
434         __set_bit(PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD, &page->debug_flags);
435 }
436
437 static inline void clear_page_guard_flag(struct page *page)
438 {
439         __clear_bit(PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD, &page->debug_flags);
440 }
441 #else
442 static inline void set_page_guard_flag(struct page *page) { }
443 static inline void clear_page_guard_flag(struct page *page) { }
444 #endif
445
446 static inline void set_page_order(struct page *page, int order)
447 {
448         set_page_private(page, order);
449         __SetPageBuddy(page);
450 }
451
452 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
453 {
454         __ClearPageBuddy(page);
455         set_page_private(page, 0);
456 }
457
458 /*
459  * Locate the struct page for both the matching buddy in our
460  * pair (buddy1) and the combined O(n+1) page they form (page).
461  *
462  * 1) Any buddy B1 will have an order O twin B2 which satisfies
463  * the following equation:
464  *     B2 = B1 ^ (1 << O)
465  * For example, if the starting buddy (buddy2) is #8 its order
466  * 1 buddy is #10:
467  *     B2 = 8 ^ (1 << 1) = 8 ^ 2 = 10
468  *
469  * 2) Any buddy B will have an order O+1 parent P which
470  * satisfies the following equation:
471  *     P = B & ~(1 << O)
472  *
473  * Assumption: *_mem_map is contiguous at least up to MAX_ORDER
474  */
475 static inline unsigned long
476 __find_buddy_index(unsigned long page_idx, unsigned int order)
477 {
478         return page_idx ^ (1 << order);
479 }
480
481 /*
482  * This function checks whether a page is free && is the buddy
483  * we can do coalesce a page and its buddy if
484  * (a) the buddy is not in a hole &&
485  * (b) the buddy is in the buddy system &&
486  * (c) a page and its buddy have the same order &&
487  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
488  *
489  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount -2.
490  * Setting, clearing, and testing _mapcount -2 is serialized by zone->lock.
491  *
492  * For recording page's order, we use page_private(page).
493  */
494 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
495                                                                 int order)
496 {
497         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
498                 return 0;
499
500         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
501                 return 0;
502
503         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
504                 VM_BUG_ON(page_count(buddy) != 0);
505                 return 1;
506         }
507
508         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
509                 VM_BUG_ON(page_count(buddy) != 0);
510                 return 1;
511         }
512         return 0;
513 }
514
515 /*
516  * Freeing function for a buddy system allocator.
517  *
518  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
519  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
520  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
521  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
522  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
523  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
524  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
525  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
526  * parts of the VM system.
527  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
528  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount -2. Page's
529  * order is recorded in page_private(page) field.
530  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
531  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
532  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
533  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
534  * triggers coalescing into a block of larger size.
535  *
536  * -- nyc
537  */
538
539 static inline void __free_one_page(struct page *page,
540                 struct zone *zone, unsigned int order,
541                 int migratetype)
542 {
543         unsigned long page_idx;
544         unsigned long combined_idx;
545         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
546         struct page *buddy;
547
548         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
549
550         if (unlikely(PageCompound(page)))
551                 if (unlikely(destroy_compound_page(page, order)))
552                         return;
553
554         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
555
556         page_idx = page_to_pfn(page) & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
557
558         VM_BUG_ON(page_idx & ((1 << order) - 1));
559         VM_BUG_ON(bad_range(zone, page));
560
561         while (order < MAX_ORDER-1) {
562                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
563                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
564                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
565                         break;
566                 /*
567                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
568                  * merge with it and move up one order.
569                  */
570                 if (page_is_guard(buddy)) {
571                         clear_page_guard_flag(buddy);
572                         set_page_private(page, 0);
573                         __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order,
574                                                   migratetype);
575                 } else {
576                         list_del(&buddy->lru);
577                         zone->free_area[order].nr_free--;
578                         rmv_page_order(buddy);
579                 }
580                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
581                 page = page + (combined_idx - page_idx);
582                 page_idx = combined_idx;
583                 order++;
584         }
585         set_page_order(page, order);
586
587         /*
588          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
589          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
590          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
591          * that is happening, add the free page to the tail of the list
592          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
593          * as a higher order page
594          */
595         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
596                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
597                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
598                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
599                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
600                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
601                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
602                         list_add_tail(&page->lru,
603                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
604                         goto out;
605                 }
606         }
607
608         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
609 out:
610         zone->free_area[order].nr_free++;
611 }
612
613 static inline int free_pages_check(struct page *page)
614 {
615         if (unlikely(page_mapcount(page) |
616                 (page->mapping != NULL)  |
617                 (atomic_read(&page->_count) != 0) |
618                 (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE) |
619                 (mem_cgroup_bad_page_check(page)))) {
620                 bad_page(page);
621                 return 1;
622         }
623         page_nid_reset_last(page);
624         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
625                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
626         return 0;
627 }
628
629 /*
630  * Frees a number of pages from the PCP lists
631  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
632  * count is the number of pages to free.
633  *
634  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
635  * see if this freeing clears that state.
636  *
637  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
638  * pinned" detection logic.
639  */
640 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
641                                         struct per_cpu_pages *pcp)
642 {
643         int migratetype = 0;
644         int batch_free = 0;
645         int to_free = count;
646
647         spin_lock(&zone->lock);
648         zone->all_unreclaimable = 0;
649         zone->pages_scanned = 0;
650
651         while (to_free) {
652                 struct page *page;
653                 struct list_head *list;
654
655                 /*
656                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
657                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
658                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
659                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
660                  * lists
661                  */
662                 do {
663                         batch_free++;
664                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
665                                 migratetype = 0;
666                         list = &pcp->lists[migratetype];
667                 } while (list_empty(list));
668
669                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
670                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
671                         batch_free = to_free;
672
673                 do {
674                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
675
676                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
677                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
678                         list_del(&page->lru);
679                         mt = get_freepage_migratetype(page);
680                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
681                         __free_one_page(page, zone, 0, mt);
682                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
683                         if (likely(!is_migrate_isolate_page(page))) {
684                                 __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, 1);
685                                 if (is_migrate_cma(mt))
686                                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES, 1);
687                         }
688                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
689         }
690         spin_unlock(&zone->lock);
691 }
692
693 static void free_one_page(struct zone *zone, struct page *page, int order,
694                                 int migratetype)
695 {
696         spin_lock(&zone->lock);
697         zone->all_unreclaimable = 0;
698         zone->pages_scanned = 0;
699
700         __free_one_page(page, zone, order, migratetype);
701         if (unlikely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
702                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
703         spin_unlock(&zone->lock);
704 }
705
706 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
707 {
708         int i;
709         int bad = 0;
710
711         trace_mm_page_free(page, order);
712         kmemcheck_free_shadow(page, order);
713
714         if (PageAnon(page))
715                 page->mapping = NULL;
716         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
717                 bad += free_pages_check(page + i);
718         if (bad)
719                 return false;
720
721         if (!PageHighMem(page)) {
722                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),PAGE_SIZE<<order);
723                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
724                                            PAGE_SIZE << order);
725         }
726         arch_free_page(page, order);
727         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
728
729         return true;
730 }
731
732 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
733 {
734         unsigned long flags;
735         int migratetype;
736
737         if (!free_pages_prepare(page, order))
738                 return;
739
740         local_irq_save(flags);
741         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
742         migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
743         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
744         free_one_page(page_zone(page), page, order, migratetype);
745         local_irq_restore(flags);
746 }
747
748 /*
749  * Read access to zone->managed_pages is safe because it's unsigned long,
750  * but we still need to serialize writers. Currently all callers of
751  * __free_pages_bootmem() except put_page_bootmem() should only be used
752  * at boot time. So for shorter boot time, we shift the burden to
753  * put_page_bootmem() to serialize writers.
754  */
755 void __meminit __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned int order)
756 {
757         unsigned int nr_pages = 1 << order;
758         unsigned int loop;
759
760         prefetchw(page);
761         for (loop = 0; loop < nr_pages; loop++) {
762                 struct page *p = &page[loop];
763
764                 if (loop + 1 < nr_pages)
765                         prefetchw(p + 1);
766                 __ClearPageReserved(p);
767                 set_page_count(p, 0);
768         }
769
770         page_zone(page)->managed_pages += 1 << order;
771         set_page_refcounted(page);
772         __free_pages(page, order);
773 }
774
775 #ifdef CONFIG_CMA
776 /* Free whole pageblock and set it's migration type to MIGRATE_CMA. */
777 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
778 {
779         unsigned i = pageblock_nr_pages;
780         struct page *p = page;
781
782         do {
783                 __ClearPageReserved(p);
784                 set_page_count(p, 0);
785         } while (++p, --i);
786
787         set_page_refcounted(page);
788         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
789         __free_pages(page, pageblock_order);
790         totalram_pages += pageblock_nr_pages;
791 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
792         if (PageHighMem(page))
793                 totalhigh_pages += pageblock_nr_pages;
794 #endif
795 }
796 #endif
797
798 /*
799  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
800  * Please do not alter this order without good reasons and regression
801  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
802  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
803  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
804  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
805  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
806  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
807  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
808  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
809  *
810  * -- nyc
811  */
812 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
813         int low, int high, struct free_area *area,
814         int migratetype)
815 {
816         unsigned long size = 1 << high;
817
818         while (high > low) {
819                 area--;
820                 high--;
821                 size >>= 1;
822                 VM_BUG_ON(bad_range(zone, &page[size]));
823
824 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
825                 if (high < debug_guardpage_minorder()) {
826                         /*
827                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
828                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
829                          * Corresponding page table entries will not be touched,
830                          * pages will stay not present in virtual address space
831                          */
832                         INIT_LIST_HEAD(&page[size].lru);
833                         set_page_guard_flag(&page[size]);
834                         set_page_private(&page[size], high);
835                         /* Guard pages are not available for any usage */
836                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << high),
837                                                   migratetype);
838                         continue;
839                 }
840 #endif
841                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
842                 area->nr_free++;
843                 set_page_order(&page[size], high);
844         }
845 }
846
847 /*
848  * This page is about to be returned from the page allocator
849  */
850 static inline int check_new_page(struct page *page)
851 {
852         if (unlikely(page_mapcount(page) |
853                 (page->mapping != NULL)  |
854                 (atomic_read(&page->_count) != 0)  |
855                 (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP) |
856                 (mem_cgroup_bad_page_check(page)))) {
857                 bad_page(page);
858                 return 1;
859         }
860         return 0;
861 }
862
863 static int prep_new_page(struct page *page, int order, gfp_t gfp_flags)
864 {
865         int i;
866
867         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
868                 struct page *p = page + i;
869                 if (unlikely(check_new_page(p)))
870                         return 1;
871         }
872
873         set_page_private(page, 0);
874         set_page_refcounted(page);
875
876         arch_alloc_page(page, order);
877         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
878
879         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
880                 prep_zero_page(page, order, gfp_flags);
881
882         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
883                 prep_compound_page(page, order);
884
885         return 0;
886 }
887
888 /*
889  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
890  * the smallest available page from the freelists
891  */
892 static inline
893 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
894                                                 int migratetype)
895 {
896         unsigned int current_order;
897         struct free_area * area;
898         struct page *page;
899
900         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
901         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
902                 area = &(zone->free_area[current_order]);
903                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
904                         continue;
905
906                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
907                                                         struct page, lru);
908                 list_del(&page->lru);
909                 rmv_page_order(page);
910                 area->nr_free--;
911                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
912                 return page;
913         }
914
915         return NULL;
916 }
917
918
919 /*
920  * This array describes the order lists are fallen back to when
921  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
922  */
923 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
924         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
925         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
926 #ifdef CONFIG_CMA
927         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_CMA,         MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_RESERVE },
928         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
929 #else
930         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
931 #endif
932         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
933 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
934         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
935 #endif
936 };
937
938 /*
939  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
940  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
941  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
942  */
943 int move_freepages(struct zone *zone,
944                           struct page *start_page, struct page *end_page,
945                           int migratetype)
946 {
947         struct page *page;
948         unsigned long order;
949         int pages_moved = 0;
950
951 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
952         /*
953          * page_zone is not safe to call in this context when
954          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
955          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
956          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
957          * grouping pages by mobility
958          */
959         BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
960 #endif
961
962         for (page = start_page; page <= end_page;) {
963                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
964                 VM_BUG_ON(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone));
965
966                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
967                         page++;
968                         continue;
969                 }
970
971                 if (!PageBuddy(page)) {
972                         page++;
973                         continue;
974                 }
975
976                 order = page_order(page);
977                 list_move(&page->lru,
978                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
979                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
980                 page += 1 << order;
981                 pages_moved += 1 << order;
982         }
983
984         return pages_moved;
985 }
986
987 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
988                                 int migratetype)
989 {
990         unsigned long start_pfn, end_pfn;
991         struct page *start_page, *end_page;
992
993         start_pfn = page_to_pfn(page);
994         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
995         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
996         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
997         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
998
999         /* Do not cross zone boundaries */
1000         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1001                 start_page = page;
1002         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1003                 return 0;
1004
1005         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1006 }
1007
1008 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1009                                         int start_order, int migratetype)
1010 {
1011         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1012
1013         while (nr_pageblocks--) {
1014                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1015                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1016         }
1017 }
1018
1019 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1020 static inline struct page *
1021 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype)
1022 {
1023         struct free_area * area;
1024         int current_order;
1025         struct page *page;
1026         int migratetype, i;
1027
1028         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1029         for (current_order = MAX_ORDER-1; current_order >= order;
1030                                                 --current_order) {
1031                 for (i = 0;; i++) {
1032                         migratetype = fallbacks[start_migratetype][i];
1033
1034                         /* MIGRATE_RESERVE handled later if necessary */
1035                         if (migratetype == MIGRATE_RESERVE)
1036                                 break;
1037
1038                         area = &(zone->free_area[current_order]);
1039                         if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1040                                 continue;
1041
1042                         page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1043                                         struct page, lru);
1044                         area->nr_free--;
1045
1046                         /*
1047                          * If breaking a large block of pages, move all free
1048                          * pages to the preferred allocation list. If falling
1049                          * back for a reclaimable kernel allocation, be more
1050                          * aggressive about taking ownership of free pages
1051                          *
1052                          * On the other hand, never change migration
1053                          * type of MIGRATE_CMA pageblocks nor move CMA
1054                          * pages on different free lists. We don't
1055                          * want unmovable pages to be allocated from
1056                          * MIGRATE_CMA areas.
1057                          */
1058                         if (!is_migrate_cma(migratetype) &&
1059                             (unlikely(current_order >= pageblock_order / 2) ||
1060                              start_migratetype == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1061                              page_group_by_mobility_disabled)) {
1062                                 int pages;
1063                                 pages = move_freepages_block(zone, page,
1064                                                                 start_migratetype);
1065
1066                                 /* Claim the whole block if over half of it is free */
1067                                 if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1068                                                 page_group_by_mobility_disabled)
1069                                         set_pageblock_migratetype(page,
1070                                                                 start_migratetype);
1071
1072                                 migratetype = start_migratetype;
1073                         }
1074
1075                         /* Remove the page from the freelists */
1076                         list_del(&page->lru);
1077                         rmv_page_order(page);
1078
1079                         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1080                         if (current_order >= pageblock_order &&
1081                             !is_migrate_cma(migratetype))
1082                                 change_pageblock_range(page, current_order,
1083                                                         start_migratetype);
1084
1085                         expand(zone, page, order, current_order, area,
1086                                is_migrate_cma(migratetype)
1087                              ? migratetype : start_migratetype);
1088
1089                         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1090                                 start_migratetype, migratetype);
1091
1092                         return page;
1093                 }
1094         }
1095
1096         return NULL;
1097 }
1098
1099 /*
1100  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1101  * Call me with the zone->lock already held.
1102  */
1103 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1104                                                 int migratetype)
1105 {
1106         struct page *page;
1107
1108 retry_reserve:
1109         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1110
1111         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1112                 page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1113
1114                 /*
1115                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1116                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1117                  * and we want just one call site
1118                  */
1119                 if (!page) {
1120                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1121                         goto retry_reserve;
1122                 }
1123         }
1124
1125         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1126         return page;
1127 }
1128
1129 /*
1130  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1131  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1132  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1133  */
1134 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1135                         unsigned long count, struct list_head *list,
1136                         int migratetype, int cold)
1137 {
1138         int mt = migratetype, i;
1139
1140         spin_lock(&zone->lock);
1141         for (i = 0; i < count; ++i) {
1142                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1143                 if (unlikely(page == NULL))
1144                         break;
1145
1146                 /*
1147                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1148                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1149                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1150                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1151                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1152                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1153                  * properly.
1154                  */
1155                 if (likely(cold == 0))
1156                         list_add(&page->lru, list);
1157                 else
1158                         list_add_tail(&page->lru, list);
1159                 if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
1160                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1161                         if (!is_migrate_cma(mt) && !is_migrate_isolate(mt))
1162                                 mt = migratetype;
1163                 }
1164                 set_freepage_migratetype(page, mt);
1165                 list = &page->lru;
1166                 if (is_migrate_cma(mt))
1167                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1168                                               -(1 << order));
1169         }
1170         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1171         spin_unlock(&zone->lock);
1172         return i;
1173 }
1174
1175 #ifdef CONFIG_NUMA
1176 /*
1177  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1178  * currently executing processor on remote nodes after they have
1179  * expired.
1180  *
1181  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1182  * a single processor.
1183  */
1184 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1185 {
1186         unsigned long flags;
1187         int to_drain;
1188         unsigned long batch;
1189
1190         local_irq_save(flags);
1191         batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
1192         if (pcp->count >= batch)
1193                 to_drain = batch;
1194         else
1195                 to_drain = pcp->count;
1196         if (to_drain > 0) {
1197                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1198                 pcp->count -= to_drain;
1199         }
1200         local_irq_restore(flags);
1201 }
1202 #endif
1203
1204 /*
1205  * Drain pages of the indicated processor.
1206  *
1207  * The processor must either be the current processor and the
1208  * thread pinned to the current processor or a processor that
1209  * is not online.
1210  */
1211 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1212 {
1213         unsigned long flags;
1214         struct zone *zone;
1215
1216         for_each_populated_zone(zone) {
1217                 struct per_cpu_pageset *pset;
1218                 struct per_cpu_pages *pcp;
1219
1220                 local_irq_save(flags);
1221                 pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1222
1223                 pcp = &pset->pcp;
1224                 if (pcp->count) {
1225                         free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1226                         pcp->count = 0;
1227                 }
1228                 local_irq_restore(flags);
1229         }
1230 }
1231
1232 /*
1233  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1234  */
1235 void drain_local_pages(void *arg)
1236 {
1237         drain_pages(smp_processor_id());
1238 }
1239
1240 /*
1241  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1242  *
1243  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1244  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1245  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1246  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1247  * before the call to on_each_cpu_mask().
1248  */
1249 void drain_all_pages(void)
1250 {
1251         int cpu;
1252         struct per_cpu_pageset *pcp;
1253         struct zone *zone;
1254
1255         /*
1256          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1257          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1258          */
1259         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1260
1261         /*
1262          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1263          * as offline notification will cause the notified
1264          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1265          * disables preemption as part of its processing
1266          */
1267         for_each_online_cpu(cpu) {
1268                 bool has_pcps = false;
1269                 for_each_populated_zone(zone) {
1270                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1271                         if (pcp->pcp.count) {
1272                                 has_pcps = true;
1273                                 break;
1274                         }
1275                 }
1276                 if (has_pcps)
1277                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1278                 else
1279                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1280         }
1281         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, drain_local_pages, NULL, 1);
1282 }
1283
1284 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1285
1286 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1287 {
1288         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1289         unsigned long flags;
1290         int order, t;
1291         struct list_head *curr;
1292
1293         if (!zone->spanned_pages)
1294                 return;
1295
1296         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1297
1298         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1299         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1300                 if (pfn_valid(pfn)) {
1301                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1302
1303                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1304                                 swsusp_unset_page_free(page);
1305                 }
1306
1307         for_each_migratetype_order(order, t) {
1308                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1309                         unsigned long i;
1310
1311                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1312                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1313                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1314                 }
1315         }
1316         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1317 }
1318 #endif /* CONFIG_PM */
1319
1320 /*
1321  * Free a 0-order page
1322  * cold == 1 ? free a cold page : free a hot page
1323  */
1324 void free_hot_cold_page(struct page *page, int cold)
1325 {
1326         struct zone *zone = page_zone(page);
1327         struct per_cpu_pages *pcp;
1328         unsigned long flags;
1329         int migratetype;
1330
1331         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1332                 return;
1333
1334         migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
1335         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1336         local_irq_save(flags);
1337         __count_vm_event(PGFREE);
1338
1339         /*
1340          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1341          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1342          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1343          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1344          * excessively into the page allocator
1345          */
1346         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1347                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1348                         free_one_page(zone, page, 0, migratetype);
1349                         goto out;
1350                 }
1351                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1352         }
1353
1354         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1355         if (cold)
1356                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1357         else
1358                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1359         pcp->count++;
1360         if (pcp->count >= pcp->high) {
1361                 unsigned long batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
1362                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
1363                 pcp->count -= batch;
1364         }
1365
1366 out:
1367         local_irq_restore(flags);
1368 }
1369
1370 /*
1371  * Free a list of 0-order pages
1372  */
1373 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, int cold)
1374 {
1375         struct page *page, *next;
1376
1377         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1378                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1379                 free_hot_cold_page(page, cold);
1380         }
1381 }
1382
1383 /*
1384  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1385  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1386  * Each sub-page must be freed individually.
1387  *
1388  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1389  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1390  */
1391 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1392 {
1393         int i;
1394
1395         VM_BUG_ON(PageCompound(page));
1396         VM_BUG_ON(!page_count(page));
1397
1398 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1399         /*
1400          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1401          * otherwise free the whole shadow.
1402          */
1403         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1404                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1405 #endif
1406
1407         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
1408                 set_page_refcounted(page + i);
1409 }
1410 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1411
1412 static int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1413 {
1414         unsigned long watermark;
1415         struct zone *zone;
1416         int mt;
1417
1418         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1419
1420         zone = page_zone(page);
1421         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1422
1423         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1424                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1425                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1426                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1427                         return 0;
1428
1429                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1430         }
1431
1432         /* Remove page from free list */
1433         list_del(&page->lru);
1434         zone->free_area[order].nr_free--;
1435         rmv_page_order(page);
1436
1437         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
1438         if (order >= pageblock_order - 1) {
1439                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
1440                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
1441                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
1442                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
1443                                 set_pageblock_migratetype(page,
1444                                                           MIGRATE_MOVABLE);
1445                 }
1446         }
1447
1448         return 1UL << order;
1449 }
1450
1451 /*
1452  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
1453  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
1454  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
1455  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
1456  * are enabled.
1457  *
1458  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1459  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1460  */
1461 int split_free_page(struct page *page)
1462 {
1463         unsigned int order;
1464         int nr_pages;
1465
1466         order = page_order(page);
1467
1468         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
1469         if (!nr_pages)
1470                 return 0;
1471
1472         /* Split into individual pages */
1473         set_page_refcounted(page);
1474         split_page(page, order);
1475         return nr_pages;
1476 }
1477
1478 /*
1479  * Really, prep_compound_page() should be called from __rmqueue_bulk().  But
1480  * we cheat by calling it from here, in the order > 0 path.  Saves a branch
1481  * or two.
1482  */
1483 static inline
1484 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
1485                         struct zone *zone, int order, gfp_t gfp_flags,
1486                         int migratetype)
1487 {
1488         unsigned long flags;
1489         struct page *page;
1490         int cold = !!(gfp_flags & __GFP_COLD);
1491
1492 again:
1493         if (likely(order == 0)) {
1494                 struct per_cpu_pages *pcp;
1495                 struct list_head *list;
1496
1497                 local_irq_save(flags);
1498                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1499                 list = &pcp->lists[migratetype];
1500                 if (list_empty(list)) {
1501                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
1502                                         pcp->batch, list,
1503                                         migratetype, cold);
1504                         if (unlikely(list_empty(list)))
1505                                 goto failed;
1506                 }
1507
1508                 if (cold)
1509                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
1510                 else
1511                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
1512
1513                 list_del(&page->lru);
1514                 pcp->count--;
1515         } else {
1516                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
1517                         /*
1518                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
1519                          *
1520                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
1521                          * properly detect and handle allocation failures.
1522                          *
1523                          * We most definitely don't want callers attempting to
1524                          * allocate greater than order-1 page units with
1525                          * __GFP_NOFAIL.
1526                          */
1527                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
1528                 }
1529                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1530                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1531                 spin_unlock(&zone->lock);
1532                 if (!page)
1533                         goto failed;
1534                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1535                                           get_pageblock_migratetype(page));
1536         }
1537
1538         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
1539         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
1540         local_irq_restore(flags);
1541
1542         VM_BUG_ON(bad_range(zone, page));
1543         if (prep_new_page(page, order, gfp_flags))
1544                 goto again;
1545         return page;
1546
1547 failed:
1548         local_irq_restore(flags);
1549         return NULL;
1550 }
1551
1552 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
1553
1554 static struct {
1555         struct fault_attr attr;
1556
1557         u32 ignore_gfp_highmem;
1558         u32 ignore_gfp_wait;
1559         u32 min_order;
1560 } fail_page_alloc = {
1561         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
1562         .ignore_gfp_wait = 1,
1563         .ignore_gfp_highmem = 1,
1564         .min_order = 1,
1565 };
1566
1567 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
1568 {
1569         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
1570 }
1571 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
1572
1573 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1574 {
1575         if (order < fail_page_alloc.min_order)
1576                 return false;
1577         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
1578                 return false;
1579         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
1580                 return false;
1581         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
1582                 return false;
1583
1584         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
1585 }
1586
1587 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
1588
1589 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
1590 {
1591         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
1592         struct dentry *dir;
1593
1594         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
1595                                         &fail_page_alloc.attr);
1596         if (IS_ERR(dir))
1597                 return PTR_ERR(dir);
1598
1599         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
1600                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
1601                 goto fail;
1602         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
1603                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
1604                 goto fail;
1605         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
1606                                 &fail_page_alloc.min_order))
1607                 goto fail;
1608
1609         return 0;
1610 fail:
1611         debugfs_remove_recursive(dir);
1612
1613         return -ENOMEM;
1614 }
1615
1616 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
1617
1618 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
1619
1620 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1621
1622 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1623 {
1624         return false;
1625 }
1626
1627 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1628
1629 /*
1630  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
1631  * of the allocation.
1632  */
1633 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1634                       int classzone_idx, int alloc_flags, long free_pages)
1635 {
1636         /* free_pages my go negative - that's OK */
1637         long min = mark;
1638         long lowmem_reserve = z->lowmem_reserve[classzone_idx];
1639         int o;
1640         long free_cma = 0;
1641
1642         free_pages -= (1 << order) - 1;
1643         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
1644                 min -= min / 2;
1645         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
1646                 min -= min / 4;
1647 #ifdef CONFIG_CMA
1648         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
1649         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
1650                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
1651 #endif
1652
1653         if (free_pages - free_cma <= min + lowmem_reserve)
1654                 return false;
1655         for (o = 0; o < order; o++) {
1656                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
1657                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
1658
1659                 /* Require fewer higher order pages to be free */
1660                 min >>= 1;
1661
1662                 if (free_pages <= min)
1663                         return false;
1664         }
1665         return true;
1666 }
1667
1668 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1669                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1670 {
1671         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1672                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
1673 }
1674
1675 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1676                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1677 {
1678         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
1679
1680         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
1681                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
1682
1683         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1684                                                                 free_pages);
1685 }
1686
1687 #ifdef CONFIG_NUMA
1688 /*
1689  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
1690  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
1691  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
1692  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
1693  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
1694  *
1695  * If the zonelist cache is present in the passed in zonelist, then
1696  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
1697  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
1698  *
1699  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
1700  * nothing and returns NULL.
1701  *
1702  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
1703  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
1704  *
1705  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
1706  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
1707  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
1708  * quickly as we can.
1709  */
1710 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1711 {
1712         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1713         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
1714
1715         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1716         if (!zlc)
1717                 return NULL;
1718
1719         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
1720                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1721                 zlc->last_full_zap = jiffies;
1722         }
1723
1724         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
1725                                         &cpuset_current_mems_allowed :
1726                                         &node_states[N_MEMORY];
1727         return allowednodes;
1728 }
1729
1730 /*
1731  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
1732  * if it is worth looking at further for free memory:
1733  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
1734  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
1735  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
1736  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
1737  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
1738  * else return false (zero) if it is not.
1739  *
1740  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
1741  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
1742  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
1743  * be considered full for up to one second by all requests, unless
1744  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
1745  * into the second scan of the zonelist.
1746  *
1747  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
1748  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
1749  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
1750  * unturned looking for a free page.
1751  */
1752 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1753                                                 nodemask_t *allowednodes)
1754 {
1755         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1756         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1757         int n;                          /* node that zone *z is on */
1758
1759         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1760         if (!zlc)
1761                 return 1;
1762
1763         i = z - zonelist->_zonerefs;
1764         n = zlc->z_to_n[i];
1765
1766         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
1767         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
1768 }
1769
1770 /*
1771  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
1772  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
1773  * from that zone don't waste time re-examining it.
1774  */
1775 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1776 {
1777         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1778         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1779
1780         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1781         if (!zlc)
1782                 return;
1783
1784         i = z - zonelist->_zonerefs;
1785
1786         set_bit(i, zlc->fullzones);
1787 }
1788
1789 /*
1790  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
1791  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
1792  */
1793 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1794 {
1795         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1796
1797         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1798         if (!zlc)
1799                 return;
1800
1801         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1802 }
1803
1804 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1805 {
1806         return node_isset(local_zone->node, zone->zone_pgdat->reclaim_nodes);
1807 }
1808
1809 static void __paginginit init_zone_allows_reclaim(int nid)
1810 {
1811         int i;
1812
1813         for_each_online_node(i)
1814                 if (node_distance(nid, i) <= RECLAIM_DISTANCE)
1815                         node_set(i, NODE_DATA(nid)->reclaim_nodes);
1816                 else
1817                         zone_reclaim_mode = 1;
1818 }
1819
1820 #else   /* CONFIG_NUMA */
1821
1822 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1823 {
1824         return NULL;
1825 }
1826
1827 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1828                                 nodemask_t *allowednodes)
1829 {
1830         return 1;
1831 }
1832
1833 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1834 {
1835 }
1836
1837 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1838 {
1839 }
1840
1841 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1842 {
1843         return true;
1844 }
1845
1846 static inline void init_zone_allows_reclaim(int nid)
1847 {
1848 }
1849 #endif  /* CONFIG_NUMA */
1850
1851 /*
1852  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
1853  * a page.
1854  */
1855 static struct page *
1856 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, unsigned int order,
1857                 struct zonelist *zonelist, int high_zoneidx, int alloc_flags,
1858                 struct zone *preferred_zone, int migratetype)
1859 {
1860         struct zoneref *z;
1861         struct page *page = NULL;
1862         int classzone_idx;
1863         struct zone *zone;
1864         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
1865         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
1866         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
1867
1868         classzone_idx = zone_idx(preferred_zone);
1869 zonelist_scan:
1870         /*
1871          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
1872          * See also cpuset_zone_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
1873          */
1874         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
1875                                                 high_zoneidx, nodemask) {
1876                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
1877                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
1878                                 continue;
1879                 if ((alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
1880                         !cpuset_zone_allowed_softwall(zone, gfp_mask))
1881                                 continue;
1882                 /*
1883                  * When allocating a page cache page for writing, we
1884                  * want to get it from a zone that is within its dirty
1885                  * limit, such that no single zone holds more than its
1886                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
1887                  * The dirty limits take into account the zone's
1888                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
1889                  * should be able to balance it without having to
1890                  * write pages from its LRU list.
1891                  *
1892                  * This may look like it could increase pressure on
1893                  * lower zones by failing allocations in higher zones
1894                  * before they are full.  But the pages that do spill
1895                  * over are limited as the lower zones are protected
1896                  * by this very same mechanism.  It should not become
1897                  * a practical burden to them.
1898                  *
1899                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
1900                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
1901                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
1902                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
1903                  * zones are together not big enough to reach the
1904                  * global limit.  The proper fix for these situations
1905                  * will require awareness of zones in the
1906                  * dirty-throttling and the flusher threads.
1907                  */
1908                 if ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
1909                     (gfp_mask & __GFP_WRITE) && !zone_dirty_ok(zone))
1910                         goto this_zone_full;
1911
1912                 BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
1913                 if (!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
1914                         unsigned long mark;
1915                         int ret;
1916
1917                         mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
1918                         if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
1919                                     classzone_idx, alloc_flags))
1920                                 goto try_this_zone;
1921
1922                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
1923                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
1924                                 /*
1925                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
1926                                  * and before considering the first zone allowed
1927                                  * by the cpuset.
1928                                  */
1929                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
1930                                 zlc_active = 1;
1931                                 did_zlc_setup = 1;
1932                         }
1933
1934                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
1935                             !zone_allows_reclaim(preferred_zone, zone))
1936                                 goto this_zone_full;
1937
1938                         /*
1939                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
1940                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
1941                          */
1942                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
1943                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
1944                                 continue;
1945
1946                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
1947                         switch (ret) {
1948                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
1949                                 /* did not scan */
1950                                 continue;
1951                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
1952                                 /* scanned but unreclaimable */
1953                                 continue;
1954                         default:
1955                                 /* did we reclaim enough */
1956                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
1957                                                 classzone_idx, alloc_flags))
1958                                         goto try_this_zone;
1959
1960                                 /*
1961                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
1962                                  * Only mark the zone full if checking the min
1963                                  * watermark or if we failed to reclaim just
1964                                  * 1<<order pages or else the page allocator
1965                                  * fastpath will prematurely mark zones full
1966                                  * when the watermark is between the low and
1967                                  * min watermarks.
1968                                  */
1969                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
1970                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
1971                                         goto this_zone_full;
1972
1973                                 continue;
1974                         }
1975                 }
1976
1977 try_this_zone:
1978                 page = buffered_rmqueue(preferred_zone, zone, order,
1979                                                 gfp_mask, migratetype);
1980                 if (page)
1981                         break;
1982 this_zone_full:
1983                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
1984                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
1985         }
1986
1987         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && page == NULL && zlc_active)) {
1988                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
1989                 zlc_active = 0;
1990                 goto zonelist_scan;
1991         }
1992
1993         if (page)
1994                 /*
1995                  * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was
1996                  * necessary to allocate the page. The expectation is
1997                  * that the caller is taking steps that will free more
1998                  * memory. The caller should avoid the page being used
1999                  * for !PFMEMALLOC purposes.
2000                  */
2001                 page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2002
2003         return page;
2004 }
2005
2006 /*
2007  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2008  * meminfo in irq context.
2009  */
2010 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2011 {
2012         bool ret = false;
2013
2014 #if NODES_SHIFT > 8
2015         ret = in_interrupt();
2016 #endif
2017         return ret;
2018 }
2019
2020 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2021                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2022                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2023
2024 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2025 {
2026         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2027
2028         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2029             debug_guardpage_minorder() > 0)
2030                 return;
2031
2032         /*
2033          * Walking all memory to count page types is very expensive and should
2034          * be inhibited in non-blockable contexts.
2035          */
2036         if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2037                 filter |= SHOW_MEM_FILTER_PAGE_COUNT;
2038
2039         /*
2040          * This documents exceptions given to allocations in certain
2041          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2042          * of allowed nodes.
2043          */
2044         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2045                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2046                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2047                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2048         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2049                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2050
2051         if (fmt) {
2052                 struct va_format vaf;
2053                 va_list args;
2054
2055                 va_start(args, fmt);
2056
2057                 vaf.fmt = fmt;
2058                 vaf.va = &args;
2059
2060                 pr_warn("%pV", &vaf);
2061
2062                 va_end(args);
2063         }
2064
2065         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2066                 current->comm, order, gfp_mask);
2067
2068         dump_stack();
2069         if (!should_suppress_show_mem())
2070                 show_mem(filter);
2071 }
2072
2073 static inline int
2074 should_alloc_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2075                                 unsigned long did_some_progress,
2076                                 unsigned long pages_reclaimed)
2077 {
2078         /* Do not loop if specifically requested */
2079         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
2080                 return 0;
2081
2082         /* Always retry if specifically requested */
2083         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2084                 return 1;
2085
2086         /*
2087          * Suspend converts GFP_KERNEL to __GFP_WAIT which can prevent reclaim
2088          * making forward progress without invoking OOM. Suspend also disables
2089          * storage devices so kswapd will not help. Bail if we are suspending.
2090          */
2091         if (!did_some_progress && pm_suspended_storage())
2092                 return 0;
2093
2094         /*
2095          * In this implementation, order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER
2096          * means __GFP_NOFAIL, but that may not be true in other
2097          * implementations.
2098          */
2099         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2100                 return 1;
2101
2102         /*
2103          * For order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, if __GFP_REPEAT is
2104          * specified, then we retry until we no longer reclaim any pages
2105          * (above), or we've reclaimed an order of pages at least as
2106          * large as the allocation's order. In both cases, if the
2107          * allocation still fails, we stop retrying.
2108          */
2109         if (gfp_mask & __GFP_REPEAT && pages_reclaimed < (1 << order))
2110                 return 1;
2111
2112         return 0;
2113 }
2114
2115 static inline struct page *
2116 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2117         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2118         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2119         int migratetype)
2120 {
2121         struct page *page;
2122
2123         /* Acquire the OOM killer lock for the zones in zonelist */
2124         if (!try_set_zonelist_oom(zonelist, gfp_mask)) {
2125                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2126                 return NULL;
2127         }
2128
2129         /*
2130          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2131          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2132          * we're still under heavy pressure.
2133          */
2134         page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask,
2135                 order, zonelist, high_zoneidx,
2136                 ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET,
2137                 preferred_zone, migratetype);
2138         if (page)
2139                 goto out;
2140
2141         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2142                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2143                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2144                         goto out;
2145                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2146                 if (high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2147                         goto out;
2148                 /*
2149                  * GFP_THISNODE contains __GFP_NORETRY and we never hit this.
2150                  * Sanity check for bare calls of __GFP_THISNODE, not real OOM.
2151                  * The caller should handle page allocation failure by itself if
2152                  * it specifies __GFP_THISNODE.
2153                  * Note: Hugepage uses it but will hit PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER.
2154                  */
2155                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2156                         goto out;
2157         }
2158         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2159         out_of_memory(zonelist, gfp_mask, order, nodemask, false);
2160
2161 out:
2162         clear_zonelist_oom(zonelist, gfp_mask);
2163         return page;
2164 }
2165
2166 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2167 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2168 static struct page *
2169 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2170         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2171         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2172         int migratetype, bool sync_migration,
2173         bool *contended_compaction, bool *deferred_compaction,
2174         unsigned long *did_some_progress)
2175 {
2176         if (!order)
2177                 return NULL;
2178
2179         if (compaction_deferred(preferred_zone, order)) {
2180                 *deferred_compaction = true;
2181                 return NULL;
2182         }
2183
2184         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2185         *did_some_progress = try_to_compact_pages(zonelist, order, gfp_mask,
2186                                                 nodemask, sync_migration,
2187                                                 contended_compaction);
2188         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2189
2190         if (*did_some_progress != COMPACT_SKIPPED) {
2191                 struct page *page;
2192
2193                 /* Page migration frees to the PCP lists but we want merging */
2194                 drain_pages(get_cpu());
2195                 put_cpu();
2196
2197                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask,
2198                                 order, zonelist, high_zoneidx,
2199                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2200                                 preferred_zone, migratetype);
2201                 if (page) {
2202                         preferred_zone->compact_blockskip_flush = false;
2203                         preferred_zone->compact_considered = 0;
2204                         preferred_zone->compact_defer_shift = 0;
2205                         if (order >= preferred_zone->compact_order_failed)
2206                                 preferred_zone->compact_order_failed = order + 1;
2207                         count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2208                         return page;
2209                 }
2210
2211                 /*
2212                  * It's bad if compaction run occurs and fails.
2213                  * The most likely reason is that pages exist,
2214                  * but not enough to satisfy watermarks.
2215                  */
2216                 count_vm_event(COMPACTFAIL);
2217
2218                 /*
2219                  * As async compaction considers a subset of pageblocks, only
2220                  * defer if the failure was a sync compaction failure.
2221                  */
2222                 if (sync_migration)
2223                         defer_compaction(preferred_zone, order);
2224
2225                 cond_resched();
2226         }
2227
2228         return NULL;
2229 }
2230 #else
2231 static inline struct page *
2232 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2233         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2234         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2235         int migratetype, bool sync_migration,
2236         bool *contended_compaction, bool *deferred_compaction,
2237         unsigned long *did_some_progress)
2238 {
2239         return NULL;
2240 }
2241 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2242
2243 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2244 static int
2245 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, struct zonelist *zonelist,
2246                   nodemask_t *nodemask)
2247 {
2248         struct reclaim_state reclaim_state;
2249         int progress;
2250
2251         cond_resched();
2252
2253         /* We now go into synchronous reclaim */
2254         cpuset_memory_pressure_bump();
2255         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2256         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2257         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2258         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2259
2260         progress = try_to_free_pages(zonelist, order, gfp_mask, nodemask);
2261
2262         current->reclaim_state = NULL;
2263         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2264         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2265
2266         cond_resched();
2267
2268         return progress;
2269 }
2270
2271 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2272 static inline struct page *
2273 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2274         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2275         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2276         int migratetype, unsigned long *did_some_progress)
2277 {
2278         struct page *page = NULL;
2279         bool drained = false;
2280
2281         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, zonelist,
2282                                                nodemask);
2283         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2284                 return NULL;
2285
2286         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2287         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2288                 zlc_clear_zones_full(zonelist);
2289
2290 retry:
2291         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order,
2292                                         zonelist, high_zoneidx,
2293                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2294                                         preferred_zone, migratetype);
2295
2296         /*
2297          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2298          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2299          */
2300         if (!page && !drained) {
2301                 drain_all_pages();
2302                 drained = true;
2303                 goto retry;
2304         }
2305
2306         return page;
2307 }
2308
2309 /*
2310  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2311  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2312  */
2313 static inline struct page *
2314 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2315         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2316         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2317         int migratetype)
2318 {
2319         struct page *page;
2320
2321         do {
2322                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order,
2323                         zonelist, high_zoneidx, ALLOC_NO_WATERMARKS,
2324                         preferred_zone, migratetype);
2325
2326                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2327                         wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2328         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2329
2330         return page;
2331 }
2332
2333 static inline
2334 void wake_all_kswapd(unsigned int order, struct zonelist *zonelist,
2335                                                 enum zone_type high_zoneidx,
2336                                                 enum zone_type classzone_idx)
2337 {
2338         struct zoneref *z;
2339         struct zone *zone;
2340
2341         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, high_zoneidx)
2342                 wakeup_kswapd(zone, order, classzone_idx);
2343 }
2344
2345 static inline int
2346 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2347 {
2348         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2349         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2350
2351         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2352         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2353
2354         /*
2355          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2356          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2357          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2358          * set both ALLOC_HARDER (!wait) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2359          */
2360         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2361
2362         if (!wait) {
2363                 /*
2364                  * Not worth trying to allocate harder for
2365                  * __GFP_NOMEMALLOC even if it can't schedule.
2366                  */
2367                 if  (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2368                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2369                 /*
2370                  * Ignore cpuset if GFP_ATOMIC (!wait) rather than fail alloc.
2371                  * See also cpuset_zone_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2372                  */
2373                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2374         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2375                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2376
2377         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2378                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2379                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2380                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2381                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2382                 else if (!in_interrupt() &&
2383                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2384                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2385                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2386         }
2387 #ifdef CONFIG_CMA
2388         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2389                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2390 #endif
2391         return alloc_flags;
2392 }
2393
2394 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2395 {
2396         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2397 }
2398
2399 static inline struct page *
2400 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2401         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2402         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2403         int migratetype)
2404 {
2405         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2406         struct page *page = NULL;
2407         int alloc_flags;
2408         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2409         unsigned long did_some_progress;
2410         bool sync_migration = false;
2411         bool deferred_compaction = false;
2412         bool contended_compaction = false;
2413
2414         /*
2415          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2416          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2417          * be using allocators in order of preference for an area that is
2418          * too large.
2419          */
2420         if (order >= MAX_ORDER) {
2421                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2422                 return NULL;
2423         }
2424
2425         /*
2426          * GFP_THISNODE (meaning __GFP_THISNODE, __GFP_NORETRY and
2427          * __GFP_NOWARN set) should not cause reclaim since the subsystem
2428          * (f.e. slab) using GFP_THISNODE may choose to trigger reclaim
2429          * using a larger set of nodes after it has established that the
2430          * allowed per node queues are empty and that nodes are
2431          * over allocated.
2432          */
2433         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2434                         (gfp_mask & GFP_THISNODE) == GFP_THISNODE)
2435                 goto nopage;
2436
2437 restart:
2438         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2439                 wake_all_kswapd(order, zonelist, high_zoneidx,
2440                                                 zone_idx(preferred_zone));
2441
2442         /*
2443          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2444          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2445          * to how we want to proceed.
2446          */
2447         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2448
2449         /*
2450          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2451          * cpusets.
2452          */
2453         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !nodemask)
2454                 first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx, NULL,
2455                                         &preferred_zone);
2456
2457 rebalance:
2458         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
2459         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order, zonelist,
2460                         high_zoneidx, alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2461                         preferred_zone, migratetype);
2462         if (page)
2463                 goto got_pg;
2464
2465         /* Allocate without watermarks if the context allows */
2466         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
2467                 /*
2468                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
2469                  * the allocation is high priority and these type of
2470                  * allocations are system rather than user orientated
2471                  */
2472                 zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
2473
2474                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order,
2475                                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,
2476                                 preferred_zone, migratetype);
2477                 if (page) {
2478                         goto got_pg;
2479                 }
2480         }
2481
2482         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
2483         if (!wait)
2484                 goto nopage;
2485
2486         /* Avoid recursion of direct reclaim */
2487         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
2488                 goto nopage;
2489
2490         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
2491         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2492                 goto nopage;
2493
2494         /*
2495          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
2496          * attempts after direct reclaim are synchronous
2497          */
2498         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
2499                                         zonelist, high_zoneidx,
2500                                         nodemask,
2501                                         alloc_flags, preferred_zone,
2502                                         migratetype, sync_migration,
2503                                         &contended_compaction,
2504                                         &deferred_compaction,
2505                                         &did_some_progress);
2506         if (page)
2507                 goto got_pg;
2508         sync_migration = true;
2509
2510         /*
2511          * If compaction is deferred for high-order allocations, it is because
2512          * sync compaction recently failed. In this is the case and the caller
2513          * requested a movable allocation that does not heavily disrupt the
2514          * system then fail the allocation instead of entering direct reclaim.
2515          */
2516         if ((deferred_compaction || contended_compaction) &&
2517                                                 (gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2518                 goto nopage;
2519
2520         /* Try direct reclaim and then allocating */
2521         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order,
2522                                         zonelist, high_zoneidx,
2523                                         nodemask,
2524                                         alloc_flags, preferred_zone,
2525                                         migratetype, &did_some_progress);
2526         if (page)
2527                 goto got_pg;
2528
2529         /*
2530          * If we failed to make any progress reclaiming, then we are
2531          * running out of options and have to consider going OOM
2532          */
2533         if (!did_some_progress) {
2534                 if ((gfp_mask & __GFP_FS) && !(gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
2535                         if (oom_killer_disabled)
2536                                 goto nopage;
2537                         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2538                         if ((current->flags & PF_DUMPCORE) &&
2539                             !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2540                                 goto nopage;
2541                         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order,
2542                                         zonelist, high_zoneidx,
2543                                         nodemask, preferred_zone,
2544                                         migratetype);
2545                         if (page)
2546                                 goto got_pg;
2547
2548                         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2549                                 /*
2550                                  * The oom killer is not called for high-order
2551                                  * allocations that may fail, so if no progress
2552                                  * is being made, there are no other options and
2553                                  * retrying is unlikely to help.
2554                                  */
2555                                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2556                                         goto nopage;
2557                                 /*
2558                                  * The oom killer is not called for lowmem
2559                                  * allocations to prevent needlessly killing
2560                                  * innocent tasks.
2561                                  */
2562                                 if (high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2563                                         goto nopage;
2564                         }
2565
2566                         goto restart;
2567                 }
2568         }
2569
2570         /* Check if we should retry the allocation */
2571         pages_reclaimed += did_some_progress;
2572         if (should_alloc_retry(gfp_mask, order, did_some_progress,
2573                                                 pages_reclaimed)) {
2574                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
2575                 wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2576                 goto rebalance;
2577         } else {
2578                 /*
2579                  * High-order allocations do not necessarily loop after
2580                  * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
2581                  * being called after reclaim so call directly if necessary
2582                  */
2583                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
2584                                         zonelist, high_zoneidx,
2585                                         nodemask,
2586                                         alloc_flags, preferred_zone,
2587                                         migratetype, sync_migration,
2588                                         &contended_compaction,
2589                                         &deferred_compaction,
2590                                         &did_some_progress);
2591                 if (page)
2592                         goto got_pg;
2593         }
2594
2595 nopage:
2596         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
2597         return page;
2598 got_pg:
2599         if (kmemcheck_enabled)
2600                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
2601
2602         return page;
2603 }
2604
2605 /*
2606  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
2607  */
2608 struct page *
2609 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2610                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
2611 {
2612         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
2613         struct zone *preferred_zone;
2614         struct page *page = NULL;
2615         int migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask);
2616         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2617         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET;
2618         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2619
2620         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
2621
2622         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
2623
2624         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
2625
2626         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
2627                 return NULL;
2628
2629         /*
2630          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
2631          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
2632          * of GFP_THISNODE and a memoryless node
2633          */
2634         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
2635                 return NULL;
2636
2637         /*
2638          * Will only have any effect when __GFP_KMEMCG is set.  This is
2639          * verified in the (always inline) callee
2640          */
2641         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2642                 return NULL;
2643
2644 retry_cpuset:
2645         cpuset_mems_cookie = get_mems_allowed();
2646
2647         /* The preferred zone is used for statistics later */
2648         first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx,
2649                                 nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
2650                                 &preferred_zone);
2651         if (!preferred_zone)
2652                 goto out;
2653
2654 #ifdef CONFIG_CMA
2655         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2656                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2657 #endif
2658         /* First allocation attempt */
2659         page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask, order,
2660                         zonelist, high_zoneidx, alloc_flags,
2661                         preferred_zone, migratetype);
2662         if (unlikely(!page)) {
2663                 /*
2664                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
2665                  * can deadlock because I/O on the device might not
2666                  * complete.
2667                  */
2668                 gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
2669                 page = __alloc_pages_slowpath(gfp_mask, order,
2670                                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,
2671                                 preferred_zone, migratetype);
2672         }
2673
2674         trace_mm_page_alloc(page, order, gfp_mask, migratetype);
2675
2676 out:
2677         /*
2678          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
2679          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
2680          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
2681          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
2682          */
2683         if (unlikely(!put_mems_allowed(cpuset_mems_cookie) && !page))
2684                 goto retry_cpuset;
2685
2686         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2687
2688         return page;
2689 }
2690 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
2691
2692 /*
2693  * Common helper functions.
2694  */
2695 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2696 {
2697         struct page *page;
2698
2699         /*
2700          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
2701          * a highmem page
2702          */
2703         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
2704
2705         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2706         if (!page)
2707                 return 0;
2708         return (unsigned long) page_address(page);
2709 }
2710 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
2711
2712 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
2713 {
2714         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
2715 }
2716 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
2717
2718 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
2719 {
2720         if (put_page_testzero(page)) {
2721                 if (order == 0)
2722                         free_hot_cold_page(page, 0);
2723                 else
2724                         __free_pages_ok(page, order);
2725         }
2726 }
2727
2728 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
2729
2730 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2731 {
2732         if (addr != 0) {
2733                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2734                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2735         }
2736 }
2737
2738 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
2739
2740 /*
2741  * __free_memcg_kmem_pages and free_memcg_kmem_pages will free
2742  * pages allocated with __GFP_KMEMCG.
2743  *
2744  * Those pages are accounted to a particular memcg, embedded in the
2745  * corresponding page_cgroup. To avoid adding a hit in the allocator to search
2746  * for that information only to find out that it is NULL for users who have no
2747  * interest in that whatsoever, we provide these functions.
2748  *
2749  * The caller knows better which flags it relies on.
2750  */
2751 void __free_memcg_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
2752 {
2753         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
2754         __free_pages(page, order);
2755 }
2756
2757 void free_memcg_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2758 {
2759         if (addr != 0) {
2760                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2761                 __free_memcg_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2762         }
2763 }
2764
2765 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
2766 {
2767         if (addr) {
2768                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
2769                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
2770
2771                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
2772                 while (used < alloc_end) {
2773                         free_page(used);
2774                         used += PAGE_SIZE;
2775                 }
2776         }
2777         return (void *)addr;
2778 }
2779
2780 /**
2781  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
2782  * @size: the number of bytes to allocate
2783  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
2784  *
2785  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
2786  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
2787  * allocate memory in power-of-two pages.
2788  *
2789  * This function is also limited by MAX_ORDER.
2790  *
2791  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
2792  */
2793 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
2794 {
2795         unsigned int order = get_order(size);
2796         unsigned long addr;
2797
2798         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
2799         return make_alloc_exact(addr, order, size);
2800 }
2801 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
2802
2803 /**
2804  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
2805  *                         pages on a node.
2806  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
2807  * @size: the number of bytes to allocate
2808  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
2809  *
2810  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
2811  * back.
2812  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
2813  * but is not exact.
2814  */
2815 void *alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
2816 {
2817         unsigned order = get_order(size);
2818         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
2819         if (!p)
2820                 return NULL;
2821         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
2822 }
2823 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact_nid);
2824
2825 /**
2826  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
2827  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
2828  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
2829  *
2830  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
2831  */
2832 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
2833 {
2834         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
2835         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
2836
2837         while (addr < end) {
2838                 free_page(addr);
2839                 addr += PAGE_SIZE;
2840         }
2841 }
2842 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
2843
2844 /**
2845  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
2846  * @offset: The zone index of the highest zone
2847  *
2848  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
2849  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
2850  * zone, the number of pages is calculated as:
2851  *     managed_pages - high_pages
2852  */
2853 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
2854 {
2855         struct zoneref *z;
2856         struct zone *zone;
2857
2858         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
2859         unsigned long sum = 0;
2860
2861         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
2862
2863         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
2864                 unsigned long size = zone->managed_pages;
2865                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
2866                 if (size > high)
2867                         sum += size - high;
2868         }
2869
2870         return sum;
2871 }
2872
2873 /**
2874  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
2875  *
2876  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
2877  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
2878  */
2879 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
2880 {
2881         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
2882 }
2883 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
2884
2885 /**
2886  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
2887  *
2888  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
2889  * high watermark within all zones.
2890  */
2891 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
2892 {
2893         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
2894 }
2895
2896 static inline void show_node(struct zone *zone)
2897 {
2898         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2899                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
2900 }
2901
2902 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
2903 {
2904         val->totalram = totalram_pages;
2905         val->sharedram = 0;
2906         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
2907         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
2908         val->totalhigh = totalhigh_pages;
2909         val->freehigh = nr_free_highpages();
2910         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
2911 }
2912
2913 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
2914
2915 #ifdef CONFIG_NUMA
2916 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
2917 {
2918         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
2919
2920         val->totalram = pgdat->node_present_pages;
2921         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
2922 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
2923         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
2924         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
2925                         NR_FREE_PAGES);
2926 #else
2927         val->totalhigh = 0;
2928         val->freehigh = 0;
2929 #endif
2930         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
2931 }
2932 #endif
2933
2934 /*
2935  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
2936  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
2937  */
2938 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
2939 {
2940         bool ret = false;
2941         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2942
2943         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
2944                 goto out;
2945
2946         do {
2947                 cpuset_mems_cookie = get_mems_allowed();
2948                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
2949         } while (!put_mems_allowed(cpuset_mems_cookie));
2950 out:
2951         return ret;
2952 }
2953
2954 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
2955
2956 static void show_migration_types(unsigned char type)
2957 {
2958         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
2959                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
2960                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
2961                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
2962                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
2963 #ifdef CONFIG_CMA
2964                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
2965 #endif
2966 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2967                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
2968 #endif
2969         };
2970         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
2971         char *p = tmp;
2972         int i;
2973
2974         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
2975                 if (type & (1 << i))
2976                         *p++ = types[i];
2977         }
2978
2979         *p = '\0';
2980         printk("(%s) ", tmp);
2981 }
2982
2983 /*
2984  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
2985  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
2986  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
2987  * Suppresses nodes that are not allowed by current's cpuset if
2988  * SHOW_MEM_FILTER_NODES is passed.
2989  */
2990 void show_free_areas(unsigned int filter)
2991 {
2992         int cpu;
2993         struct zone *zone;
2994
2995         for_each_populated_zone(zone) {
2996                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
2997                         continue;
2998                 show_node(zone);
2999                 printk("%s per-cpu:\n", zone->name);
3000
3001                 for_each_online_cpu(cpu) {
3002                         struct per_cpu_pageset *pageset;
3003
3004                         pageset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3005
3006                         printk("CPU %4d: hi:%5d, btch:%4d usd:%4d\n",
3007                                cpu, pageset->pcp.high,
3008                                pageset->pcp.batch, pageset->pcp.count);
3009                 }
3010         }
3011
3012         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3013                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3014                 " unevictable:%lu"
3015                 " dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3016                 " free:%lu slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3017                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3018                 " free_cma:%lu\n",
3019                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3020                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3021                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3022                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3023                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3024                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3025                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3026                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3027                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3028                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3029                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3030                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3031                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3032                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3033                 global_page_state(NR_SHMEM),
3034                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3035                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3036                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3037
3038         for_each_populated_zone(zone) {
3039                 int i;
3040
3041                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3042                         continue;
3043                 show_node(zone);
3044                 printk("%s"
3045                         " free:%lukB"
3046                         " min:%lukB"
3047                         " low:%lukB"
3048                         " high:%lukB"
3049                         " active_anon:%lukB"
3050                         " inactive_anon:%lukB"
3051                         " active_file:%lukB"
3052                         " inactive_file:%lukB"
3053                         " unevictable:%lukB"
3054                         " isolated(anon):%lukB"
3055                         " isolated(file):%lukB"
3056                         " present:%lukB"
3057                         " managed:%lukB"
3058                         " mlocked:%lukB"
3059                         " dirty:%lukB"
3060                         " writeback:%lukB"
3061                         " mapped:%lukB"
3062                         " shmem:%lukB"
3063                         " slab_reclaimable:%lukB"
3064                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3065                         " kernel_stack:%lukB"
3066                         " pagetables:%lukB"
3067                         " unstable:%lukB"
3068                         " bounce:%lukB"
3069                         " free_cma:%lukB"
3070                         " writeback_tmp:%lukB"
3071                         " pages_scanned:%lu"
3072                         " all_unreclaimable? %s"
3073                         "\n",
3074                         zone->name,
3075                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3076                         K(min_wmark_pages(zone)),
3077                         K(low_wmark_pages(zone)),
3078                         K(high_wmark_pages(zone)),
3079                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3080                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3081                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3082                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3083                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3084                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3085                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3086                         K(zone->present_pages),
3087                         K(zone->managed_pages),
3088                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3089                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3090                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3091                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3092                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3093                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3094                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3095                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3096                                 THREAD_SIZE / 1024,
3097                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3098                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3099                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3100                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3101                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3102                         zone->pages_scanned,
3103                         (zone->all_unreclaimable ? "yes" : "no")
3104                         );
3105                 printk("lowmem_reserve[]:");
3106                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3107                         printk(" %lu", zone->lowmem_reserve[i]);
3108                 printk("\n");
3109         }
3110
3111         for_each_populated_zone(zone) {
3112                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3113                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3114
3115                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3116                         continue;
3117                 show_node(zone);
3118                 printk("%s: ", zone->name);
3119
3120                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3121                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3122                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3123                         int type;
3124
3125                         nr[order] = area->nr_free;
3126                         total += nr[order] << order;
3127
3128                         types[order] = 0;
3129                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3130                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3131                                         types[order] |= 1 << type;
3132                         }
3133                 }
3134                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3135                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3136                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3137                         if (nr[order])
3138                                 show_migration_types(types[order]);
3139                 }
3140                 printk("= %lukB\n", K(total));
3141         }
3142
3143         hugetlb_show_meminfo();
3144
3145         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3146
3147         show_swap_cache_info();
3148 }
3149
3150 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3151 {
3152         zoneref->zone = zone;
3153         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3154 }
3155
3156 /*
3157  * Builds allocation fallback zone lists.
3158  *
3159  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3160  */
3161 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3162                                 int nr_zones, enum zone_type zone_type)
3163 {
3164         struct zone *zone;
3165
3166         BUG_ON(zone_type >= MAX_NR_ZONES);
3167         zone_type++;
3168
3169         do {
3170                 zone_type--;
3171                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3172                 if (populated_zone(zone)) {
3173                         zoneref_set_zone(zone,
3174                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3175                         check_highest_zone(zone_type);
3176                 }
3177
3178         } while (zone_type);
3179         return nr_zones;
3180 }
3181
3182
3183 /*
3184  *  zonelist_order:
3185  *  0 = automatic detection of better ordering.
3186  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3187  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3188  *
3189  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3190  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3191  */
3192 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3193 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3194 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3195
3196 /* zonelist order in the kernel.
3197  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3198  */
3199 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3200 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3201
3202
3203 #ifdef CONFIG_NUMA
3204 /* The value user specified ....changed by config */
3205 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3206 /* string for sysctl */
3207 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3208 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3209
3210 /*
3211  * interface for configure zonelist ordering.
3212  * command line option "numa_zonelist_order"
3213  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3214  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3215  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3216  */
3217
3218 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3219 {
3220         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3221                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3222         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3223                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3224         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3225                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3226         } else {
3227                 printk(KERN_WARNING
3228                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3229                         "%s\n", s);
3230                 return -EINVAL;
3231         }
3232         return 0;
3233 }
3234
3235 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3236 {
3237         int ret;
3238
3239         if (!s)
3240                 return 0;
3241
3242         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3243         if (ret == 0)
3244                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3245
3246         return ret;
3247 }
3248 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3249
3250 /*
3251  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3252  */
3253 int numa_zonelist_order_handler(ctl_table *table, int write,
3254                 void __user *buffer, size_t *length,
3255                 loff_t *ppos)
3256 {
3257         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3258         int ret;
3259         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3260
3261         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3262         if (write) {
3263                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3264                         ret = -EINVAL;
3265                         goto out;
3266                 }
3267                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3268         }
3269         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3270         if (ret)
3271                 goto out;
3272         if (write) {
3273                 int oldval = user_zonelist_order;
3274
3275                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
3276                 if (ret) {
3277                         /*
3278                          * bogus value.  restore saved string
3279                          */
3280                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
3281                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3282                         user_zonelist_order = oldval;
3283                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3284                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3285                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3286                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3287                 }
3288         }
3289 out:
3290         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3291         return ret;
3292 }
3293
3294
3295 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3296 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3297
3298 /**
3299  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3300  * @node: node whose fallback list we're appending
3301  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3302  *
3303  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3304  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3305  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3306  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3307  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3308  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3309  * on them otherwise.
3310  * It returns -1 if no node is found.
3311  */
3312 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3313 {
3314         int n, val;
3315         int min_val = INT_MAX;
3316         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3317         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3318
3319         /* Use the local node if we haven't already */
3320         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3321                 node_set(node, *used_node_mask);
3322                 return node;
3323         }
3324
3325         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3326
3327                 /* Don't want a node to appear more than once */
3328                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3329                         continue;
3330
3331                 /* Use the distance array to find the distance */
3332                 val = node_distance(node, n);
3333
3334                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
3335                 val += (n < node);
3336
3337                 /* Give preference to headless and unused nodes */
3338                 tmp = cpumask_of_node(n);
3339                 if (!cpumask_empty(tmp))
3340                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
3341
3342                 /* Slight preference for less loaded node */
3343                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
3344                 val += node_load[n];
3345
3346                 if (val < min_val) {
3347                         min_val = val;
3348                         best_node = n;
3349                 }
3350         }
3351
3352         if (best_node >= 0)
3353                 node_set(best_node, *used_node_mask);
3354
3355         return best_node;
3356 }
3357
3358
3359 /*
3360  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
3361  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
3362  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
3363  */
3364 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
3365 {
3366         int j;
3367         struct zonelist *zonelist;
3368
3369         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3370         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
3371                 ;
3372         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j,
3373                                                         MAX_NR_ZONES - 1);
3374         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3375         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3376 }
3377
3378 /*
3379  * Build gfp_thisnode zonelists
3380  */
3381 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3382 {
3383         int j;
3384         struct zonelist *zonelist;
3385
3386         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
3387         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0, MAX_NR_ZONES - 1);
3388         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3389         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3390 }
3391
3392 /*
3393  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
3394  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
3395  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
3396  * may still exist in local DMA zone.
3397  */
3398 static int node_order[MAX_NUMNODES];
3399
3400 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
3401 {
3402         int pos, j, node;
3403         int zone_type;          /* needs to be signed */
3404         struct zone *z;
3405         struct zonelist *zonelist;
3406
3407         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3408         pos = 0;
3409         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
3410                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
3411                         node = node_order[j];
3412                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
3413                         if (populated_zone(z)) {
3414                                 zoneref_set_zone(z,
3415                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
3416                                 check_highest_zone(zone_type);
3417                         }
3418                 }
3419         }
3420         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
3421         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
3422 }
3423
3424 static int default_zonelist_order(void)
3425 {
3426         int nid, zone_type;
3427         unsigned long low_kmem_size,total_size;
3428         struct zone *z;
3429         int average_size;
3430         /*
3431          * ZONE_DMA and ZONE_DMA32 can be very small area in the system.
3432          * If they are really small and used heavily, the system can fall
3433          * into OOM very easily.
3434          * This function detect ZONE_DMA/DMA32 size and configures zone order.
3435          */
3436         /* Is there ZONE_NORMAL ? (ex. ppc has only DMA zone..) */
3437         low_kmem_size = 0;
3438         total_size = 0;
3439         for_each_online_node(nid) {
3440                 for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
3441                         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone_type];
3442                         if (populated_zone(z)) {
3443                                 if (zone_type < ZONE_NORMAL)
3444                                         low_kmem_size += z->managed_pages;
3445                                 total_size += z->managed_pages;
3446                         } else if (zone_type == ZONE_NORMAL) {
3447                                 /*
3448                                  * If any node has only lowmem, then node order
3449                                  * is preferred to allow kernel allocations
3450                                  * locally; otherwise, they can easily infringe
3451                                  * on other nodes when there is an abundance of
3452                                  * lowmem available to allocate from.
3453                                  */
3454                                 return ZONELIST_ORDER_NODE;
3455                         }
3456                 }
3457         }
3458         if (!low_kmem_size ||  /* there are no DMA area. */
3459             low_kmem_size > total_size/2) /* DMA/DMA32 is big. */
3460                 return ZONELIST_ORDER_NODE;
3461         /*
3462          * look into each node's config.
3463          * If there is a node whose DMA/DMA32 memory is very big area on
3464          * local memory, NODE_ORDER may be suitable.
3465          */
3466         average_size = total_size /
3467                                 (nodes_weight(node_states[N_MEMORY]) + 1);
3468         for_each_online_node(nid) {
3469                 low_kmem_size = 0;
3470                 total_size = 0;
3471                 for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
3472                         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone_type];
3473                         if (populated_zone(z)) {
3474                                 if (zone_type < ZONE_NORMAL)
3475                                         low_kmem_size += z->present_pages;
3476                                 total_size += z->present_pages;
3477                         }
3478                 }
3479                 if (low_kmem_size &&
3480                     total_size > average_size && /* ignore small node */
3481                     low_kmem_size > total_size * 70/100)
3482                         return ZONELIST_ORDER_NODE;
3483         }
3484         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
3485 }
3486
3487 static void set_zonelist_order(void)
3488 {
3489         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
3490                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
3491         else
3492                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
3493 }
3494
3495 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3496 {
3497         int j, node, load;
3498         enum zone_type i;
3499         nodemask_t used_mask;
3500         int local_node, prev_node;
3501         struct zonelist *zonelist;
3502         int order = current_zonelist_order;
3503
3504         /* initialize zonelists */
3505         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
3506                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
3507                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
3508                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
3509         }
3510
3511         /* NUMA-aware ordering of nodes */
3512         local_node = pgdat->node_id;
3513         load = nr_online_nodes;
3514         prev_node = local_node;
3515         nodes_clear(used_mask);
3516
3517         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
3518         j = 0;
3519
3520         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
3521                 /*
3522                  * We don't want to pressure a particular node.
3523                  * So adding penalty to the first node in same
3524                  * distance group to make it round-robin.
3525                  */
3526                 if (node_distance(local_node, node) !=
3527                     node_distance(local_node, prev_node))
3528                         node_load[node] = load;
3529
3530                 prev_node = node;
3531                 load--;
3532                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
3533                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
3534                 else
3535                         node_order[j++] = node; /* remember order */
3536         }
3537
3538         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
3539                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
3540                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
3541         }
3542
3543         build_thisnode_zonelists(pgdat);
3544 }
3545
3546 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
3547 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3548 {
3549         struct zonelist *zonelist;
3550         struct zonelist_cache *zlc;
3551         struct zoneref *z;
3552
3553         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3554         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
3555         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
3556         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
3557                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
3558 }
3559
3560 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3561 /*
3562  * Return node id of node used for "local" allocations.
3563  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
3564  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
3565  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
3566  */
3567 int local_memory_node(int node)
3568 {
3569         struct zone *zone;
3570
3571         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
3572                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
3573                                    NULL,
3574                                    &zone);
3575         return zone->node;
3576 }
3577 #endif
3578
3579 #else   /* CONFIG_NUMA */
3580
3581 static void set_zonelist_order(void)
3582 {
3583         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3584 }
3585
3586 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3587 {
3588         int node, local_node;
3589         enum zone_type j;
3590         struct zonelist *zonelist;
3591
3592         local_node = pgdat->node_id;
3593
3594         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3595         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0, MAX_NR_ZONES - 1);
3596
3597         /*
3598          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
3599          * of all the other nodes.
3600          * We don't want to pressure a particular node, so when
3601          * building the zones for node N, we make sure that the
3602          * zones coming right after the local ones are those from
3603          * node N+1 (modulo N)
3604          */
3605         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
3606                 if (!node_online(node))
3607                         continue;
3608                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j,
3609                                                         MAX_NR_ZONES - 1);
3610         }
3611         for (node = 0; node < local_node; node++) {
3612                 if (!node_online(node))
3613                         continue;
3614                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j,
3615                                                         MAX_NR_ZONES - 1);
3616         }
3617
3618         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3619         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3620 }
3621
3622 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
3623 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3624 {
3625         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
3626 }
3627
3628 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3629
3630 /*
3631  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
3632  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
3633  * that an item put on a list will immediately be handed over to
3634  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
3635  * with interrupts disabled.
3636  *
3637  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
3638  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
3639  * hotplugged processors.
3640  *
3641  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
3642  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
3643  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
3644  */
3645 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
3646 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
3647 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
3648
3649 /*
3650  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
3651  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
3652  */
3653 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
3654
3655 /* return values int ....just for stop_machine() */
3656 static int __build_all_zonelists(void *data)
3657 {
3658         int nid;
3659         int cpu;
3660         pg_data_t *self = data;
3661
3662 #ifdef CONFIG_NUMA
3663         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
3664 #endif
3665
3666         if (self && !node_online(self->node_id)) {
3667                 build_zonelists(self);
3668                 build_zonelist_cache(self);
3669         }
3670
3671         for_each_online_node(nid) {
3672                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3673
3674                 build_zonelists(pgdat);
3675                 build_zonelist_cache(pgdat);
3676         }
3677
3678         /*
3679          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
3680          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
3681          * each zone will be allocated later when the per cpu
3682          * allocator is available.
3683          *
3684          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
3685          * cpus if the system is already booted because the pagesets
3686          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
3687          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
3688          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
3689          * (a chicken-egg dilemma).
3690          */
3691         for_each_possible_cpu(cpu) {
3692                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
3693
3694 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3695                 /*
3696                  * We now know the "local memory node" for each node--
3697                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
3698                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
3699                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
3700                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
3701                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
3702                  */
3703                 if (cpu_online(cpu))
3704                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
3705 #endif
3706         }
3707
3708         return 0;
3709 }
3710
3711 /*
3712  * Called with zonelists_mutex held always
3713  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
3714  */
3715 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
3716 {
3717         set_zonelist_order();
3718
3719         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
3720                 __build_all_zonelists(NULL);
3721                 mminit_verify_zonelist();
3722                 cpuset_init_current_mems_allowed();
3723         } else {
3724 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3725                 if (zone)
3726                         setup_zone_pageset(zone);
3727 #endif
3728                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
3729                    of zonelist */
3730                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
3731                 /* cpuset refresh routine should be here */
3732         }
3733         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
3734         /*
3735          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
3736          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
3737          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
3738          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
3739          * disabled and enable it later
3740          */
3741         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
3742                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
3743         else
3744                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
3745
3746         printk("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
3747                 "Total pages: %ld\n",
3748                         nr_online_nodes,
3749                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
3750                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
3751                         vm_total_pages);
3752 #ifdef CONFIG_NUMA
3753         printk("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
3754 #endif
3755 }
3756
3757 /*
3758  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
3759  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
3760  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
3761  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
3762  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
3763  * conservative, even though it seems large.
3764  *
3765  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
3766  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
3767  */
3768 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
3769
3770 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3771 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3772 {
3773         unsigned long size = 1;
3774
3775         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
3776
3777         while (size < pages)
3778                 size <<= 1;
3779
3780         /*
3781          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
3782          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
3783          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
3784          */
3785         size = min(size, 4096UL);
3786
3787         return max(size, 4UL);
3788 }
3789 #else
3790 /*
3791  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
3792  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
3793  *
3794  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
3795  *
3796  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
3797  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
3798  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
3799  *
3800  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
3801  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
3802  *
3803  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
3804  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
3805  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
3806  */
3807 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3808 {
3809         return 4096UL;
3810 }
3811 #endif
3812
3813 /*
3814  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
3815  * to extract the more random high bits from the multiplicative
3816  * hash function before the remainder is taken.
3817  */
3818 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
3819 {
3820         return ffz(~size);
3821 }
3822
3823 #define LONG_ALIGN(x) (((x)+(sizeof(long))-1)&~((sizeof(long))-1))
3824
3825 /*
3826  * Check if a pageblock contains reserved pages
3827  */
3828 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
3829 {
3830         unsigned long pfn;
3831
3832         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
3833                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
3834                         return 1;
3835         }
3836         return 0;
3837 }
3838
3839 /*
3840  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
3841  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
3842  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
3843  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
3844  * blocks as reclaim kicks in
3845  */
3846 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
3847 {
3848         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
3849         struct page *page;
3850         unsigned long block_migratetype;
3851         int reserve;
3852
3853         /*
3854          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
3855          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
3856          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
3857          * the block.
3858          */
3859         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
3860         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
3861         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
3862         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
3863                                                         pageblock_order;
3864
3865         /*
3866          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
3867          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
3868          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
3869          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
3870          * future allocation of hugepages at runtime.
3871          */
3872         reserve = min(2, reserve);
3873
3874         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
3875                 if (!pfn_valid(pfn))
3876                         continue;
3877                 page = pfn_to_page(pfn);
3878
3879                 /* Watch out for overlapping nodes */
3880                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
3881                         continue;
3882
3883                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
3884
3885                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
3886                 if (reserve > 0) {
3887                         /*
3888                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
3889                          * them.
3890                          */
3891                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
3892                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
3893                                 continue;
3894
3895                         /* If this block is reserved, account for it */
3896                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
3897                                 reserve--;
3898                                 continue;
3899                         }
3900
3901                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
3902                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
3903                                 set_pageblock_migratetype(page,
3904                                                         MIGRATE_RESERVE);
3905                                 move_freepages_block(zone, page,
3906                                                         MIGRATE_RESERVE);
3907                                 reserve--;
3908                                 continue;
3909                         }
3910                 }
3911
3912                 /*
3913                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
3914                  * take it back
3915                  */
3916                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
3917                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
3918                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
3919                 }
3920         }
3921 }
3922
3923 /*
3924  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
3925  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
3926  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
3927  */
3928 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
3929                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
3930 {
3931         struct page *page;
3932         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
3933         unsigned long pfn;
3934         struct zone *z;
3935
3936         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
3937                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
3938
3939         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone];
3940         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
3941                 /*
3942                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
3943                  * handed to this function.  They do not
3944                  * exist on hotplugged memory.
3945                  */
3946                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
3947                         if (!early_pfn_valid(pfn))
3948                                 continue;
3949                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
3950                                 continue;
3951                 }
3952                 page = pfn_to_page(pfn);
3953                 set_page_links(page, zone, nid, pfn);
3954                 mminit_verify_page_links(page, zone, nid, pfn);
3955                 init_page_count(page);
3956                 page_mapcount_reset(page);
3957                 page_nid_reset_last(page);
3958                 SetPageReserved(page);
3959                 /*
3960                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
3961                  * movable at startup. This will force kernel allocations
3962                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
3963                  * the address space during boot when many long-lived
3964                  * kernel allocations are made. Later some blocks near
3965                  * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
3966                  * setup_zone_migrate_reserve()
3967                  *
3968                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
3969                  * can be created for invalid pages (for alignment)
3970                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
3971                  * pfn out of zone.
3972                  */
3973                 if ((z->zone_start_pfn <= pfn)
3974                     && (pfn < zone_end_pfn(z))
3975                     && !(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)))
3976                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
3977
3978                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
3979 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
3980                 /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
3981                 if (!is_highmem_idx(zone))
3982                         set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
3983 #endif
3984         }
3985 }
3986
3987 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
3988 {
3989         int order, t;
3990         for_each_migratetype_order(order, t) {
3991                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
3992                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
3993         }
3994 }
3995
3996 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
3997 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
3998         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
3999 #endif
4000
4001 static int __meminit zone_batchsize(struct zone *zone)
4002 {
4003 #ifdef CONFIG_MMU
4004         int batch;
4005
4006         /*
4007          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4008          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4009          *
4010          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4011          */
4012         batch = zone->managed_pages / 1024;
4013         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4014                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4015         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4016         if (batch < 1)
4017                 batch = 1;
4018
4019         /*
4020          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4021          * of 2 value was found to be more likely to have
4022          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4023          *
4024          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4025          * batches of pages, one task can end up with a lot
4026          * of pages of one half of the possible page colors
4027          * and the other with pages of the other colors.
4028          */
4029         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4030
4031         return batch;
4032
4033 #else
4034         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4035          * conditions.
4036          *
4037          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4038          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4039          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4040          *
4041          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4042          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4043          * can be a significant delay between the individual batches being
4044          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4045          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4046          */
4047         return 0;
4048 #endif
4049 }
4050
4051 /*
4052  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4053  * ->batch must never be higher then ->high.
4054  * The following function updates them in a safe manner without read side
4055  * locking.
4056  *
4057  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4058  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4059  *
4060  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4061  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4062  * exist).
4063  */
4064 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4065                 unsigned long batch)
4066 {
4067        /* start with a fail safe value for batch */
4068         pcp->batch = 1;
4069         smp_wmb();
4070
4071        /* Update high, then batch, in order */
4072         pcp->high = high;
4073         smp_wmb();
4074
4075         pcp->batch = batch;
4076 }
4077
4078 /* a companion to pageset_set_high() */
4079 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4080 {
4081         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4082 }
4083
4084 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4085 {
4086         struct per_cpu_pages *pcp;
4087         int migratetype;
4088
4089         memset(p, 0, sizeof(*p));
4090
4091         pcp = &p->pcp;
4092         pcp->count = 0;
4093         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4094                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4095 }
4096
4097 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4098 {
4099         pageset_init(p);
4100         pageset_set_batch(p, batch);
4101 }
4102
4103 /*
4104  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4105  * to the value high for the pageset p.
4106  */
4107 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4108                                 unsigned long high)
4109 {
4110         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4111         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4112                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4113
4114         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4115 }
4116
4117 static void __meminit pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4118                 struct per_cpu_pageset *pcp)
4119 {
4120         if (percpu_pagelist_fraction)
4121                 pageset_set_high(pcp,
4122                         (zone->managed_pages /
4123                                 percpu_pagelist_fraction));
4124         else
4125                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4126 }
4127
4128 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4129 {
4130         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4131
4132         pageset_init(pcp);
4133         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4134 }
4135
4136 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4137 {
4138         int cpu;
4139         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4140         for_each_possible_cpu(cpu)
4141                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4142 }
4143
4144 /*
4145  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4146  * Before this call only boot pagesets were available.
4147  */
4148 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4149 {
4150         struct zone *zone;
4151
4152         for_each_populated_zone(zone)
4153                 setup_zone_pageset(zone);
4154 }
4155
4156 static noinline __init_refok
4157 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4158 {
4159         int i;
4160         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4161         size_t alloc_size;
4162
4163         /*
4164          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4165          * per zone.
4166          */
4167         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4168                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4169         zone->wait_table_bits =
4170                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4171         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4172                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4173
4174         if (!slab_is_available()) {
4175                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4176                         alloc_bootmem_node_nopanic(pgdat, alloc_size);
4177         } else {
4178                 /*
4179                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4180                  * via memory hot-add.
4181                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4182                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4183                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4184                  * node itself as well.
4185                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4186                  * necessary.
4187                  */
4188                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4189         }
4190         if (!zone->wait_table)
4191                 return -ENOMEM;
4192
4193         for(i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4194                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4195
4196         return 0;
4197 }
4198
4199 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4200 {
4201         /*
4202          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4203          * relies on the ability of the linker to provide the
4204          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4205          */
4206         zone->pageset = &boot_pageset;
4207
4208         if (zone->present_pages)
4209                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4210                         zone->name, zone->present_pages,
4211                                          zone_batchsize(zone));
4212 }
4213
4214 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4215                                         unsigned long zone_start_pfn,
4216                                         unsigned long size,
4217                                         enum memmap_context context)
4218 {
4219         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4220         int ret;
4221         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4222         if (ret)
4223                 return ret;
4224         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4225
4226         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4227
4228         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4229                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4230                         pgdat->node_id,
4231                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4232                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4233
4234         zone_init_free_lists(zone);
4235
4236         return 0;
4237 }
4238
4239 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4240 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4241 /*
4242  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4243  * Architectures may implement their own version but if add_active_range()
4244  * was used and there are no special requirements, this is a convenient
4245  * alternative
4246  */
4247 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4248 {
4249         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4250         int i, nid;
4251         /*
4252          * NOTE: The following SMP-unsafe globals are only used early in boot
4253          * when the kernel is running single-threaded.
4254          */
4255         static unsigned long __meminitdata last_start_pfn, last_end_pfn;
4256         static int __meminitdata last_nid;
4257
4258         if (last_start_pfn <= pfn && pfn < last_end_pfn)
4259                 return last_nid;
4260
4261         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
4262                 if (start_pfn <= pfn && pfn < end_pfn) {
4263                         last_start_pfn = start_pfn;
4264                         last_end_pfn = end_pfn;
4265                         last_nid = nid;
4266                         return nid;
4267                 }
4268         /* This is a memory hole */
4269         return -1;
4270 }
4271 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4272
4273 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4274 {
4275         int nid;
4276
4277         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4278         if (nid >= 0)
4279                 return nid;
4280         /* just returns 0 */
4281         return 0;
4282 }
4283
4284 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
4285 bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
4286 {
4287         int nid;
4288
4289         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4290         if (nid >= 0 && nid != node)
4291                 return false;
4292         return true;
4293 }
4294 #endif
4295
4296 /**
4297  * free_bootmem_with_active_regions - Call free_bootmem_node for each active range
4298  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4299  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to free_bootmem_node
4300  *
4301  * If an architecture guarantees that all ranges registered with
4302  * add_active_ranges() contain no holes and may be freed, this
4303  * this function may be used instead of calling free_bootmem() manually.
4304  */
4305 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4306 {
4307         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4308         int i, this_nid;
4309
4310         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4311                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4312                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4313
4314                 if (start_pfn < end_pfn)
4315                         free_bootmem_node(NODE_DATA(this_nid),
4316                                           PFN_PHYS(start_pfn),
4317                                           (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT);
4318         }
4319 }
4320
4321 /**
4322  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4323  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4324  *
4325  * If an architecture guarantees that all ranges registered with
4326  * add_active_ranges() contain no holes and may be freed, this
4327  * function may be used instead of calling memory_present() manually.
4328  */
4329 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4330 {
4331         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4332         int i, this_nid;
4333
4334         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4335                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4336 }
4337
4338 /**
4339  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4340  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4341  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4342  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4343  *
4344  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4345  * provided by an arch calling add_active_range(). If called for a node
4346  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4347  * PFNs will be 0.
4348  */
4349 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4350                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4351 {
4352         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4353         int i;
4354
4355         *start_pfn = -1UL;
4356         *end_pfn = 0;
4357
4358         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4359                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4360                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4361         }
4362
4363         if (*start_pfn == -1UL)
4364                 *start_pfn = 0;
4365 }
4366
4367 /*
4368  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4369  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4370  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4371  */
4372 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4373 {
4374         int zone_index;
4375         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4376                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4377                         continue;
4378
4379                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4380                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4381                         break;
4382         }
4383
4384         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4385         movable_zone = zone_index;
4386 }
4387
4388 /*
4389  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4390  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4391  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4392  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4393  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4394  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4395  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4396  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4397  */
4398 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4399                                         unsigned long zone_type,
4400                                         unsigned long node_start_pfn,
4401                                         unsigned long node_end_pfn,
4402                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4403                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4404 {
4405         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4406         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4407                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4408                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4409                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4410                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4411                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4412
4413                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4414                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4415                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4416                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4417
4418                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4419                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4420                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4421         }
4422 }
4423
4424 /*
4425  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4426  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4427  */
4428 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4429                                         unsigned long zone_type,
4430                                         unsigned long *ignored)
4431 {
4432         unsigned long node_start_pfn, node_end_pfn;
4433         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4434
4435         /* Get the start and end of the node and zone */
4436         get_pfn_range_for_nid(nid, &node_start_pfn, &node_end_pfn);
4437         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4438         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4439         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4440                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
4441                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4442
4443         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
4444         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
4445                 return 0;
4446
4447         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
4448         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
4449         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
4450
4451         /* Return the spanned pages */
4452         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
4453 }
4454
4455 /*
4456  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
4457  * then all holes in the requested range will be accounted for.
4458  */
4459 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
4460                                 unsigned long range_start_pfn,
4461                                 unsigned long range_end_pfn)
4462 {
4463         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
4464         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4465         int i;
4466
4467         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
4468                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4469                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4470                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
4471         }
4472         return nr_absent;
4473 }
4474
4475 /**
4476  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
4477  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
4478  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
4479  *
4480  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
4481  */
4482 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
4483                                                         unsigned long end_pfn)
4484 {
4485         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
4486 }
4487
4488 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
4489 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4490                                         unsigned long zone_type,
4491                                         unsigned long *ignored)
4492 {
4493         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4494         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4495         unsigned long node_start_pfn, node_end_pfn;
4496         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4497
4498         get_pfn_range_for_nid(nid, &node_start_pfn, &node_end_pfn);
4499         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
4500         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
4501
4502         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4503                         node_start_pfn, node_end_pfn,
4504                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4505         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
4506 }
4507
4508 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4509 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4510                                         unsigned long zone_type,
4511                                         unsigned long *zones_size)
4512 {
4513         return zones_size[zone_type];
4514 }
4515
4516 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4517                                                 unsigned long zone_type,
4518                                                 unsigned long *zholes_size)
4519 {
4520         if (!zholes_size)
4521                 return 0;
4522
4523         return zholes_size[zone_type];
4524 }
4525
4526 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4527
4528 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
4529                 unsigned long *zones_size, unsigned long *zholes_size)
4530 {
4531         unsigned long realtotalpages, totalpages = 0;
4532         enum zone_type i;
4533
4534         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4535                 totalpages += zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4536                                                                 zones_size);
4537         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
4538
4539         realtotalpages = totalpages;
4540         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4541                 realtotalpages -=
4542                         zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4543                                                                 zholes_size);
4544         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
4545         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
4546                                                         realtotalpages);
4547 }
4548
4549 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
4550 /*
4551  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
4552  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
4553  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
4554  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
4555  * bytes.
4556  */
4557 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
4558 {
4559         unsigned long usemapsize;
4560
4561         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
4562         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
4563         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
4564         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
4565         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
4566
4567         return usemapsize / 8;
4568 }
4569
4570 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
4571                                 struct zone *zone,
4572                                 unsigned long zone_start_pfn,
4573                                 unsigned long zonesize)
4574 {
4575         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
4576         zone->pageblock_flags = NULL;
4577         if (usemapsize)
4578                 zone->pageblock_flags = alloc_bootmem_node_nopanic(pgdat,
4579                                                                    usemapsize);
4580 }
4581 #else
4582 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
4583                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
4584 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
4585
4586 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
4587
4588 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
4589 void __init set_pageblock_order(void)
4590 {
4591         unsigned int order;
4592
4593         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
4594         if (pageblock_order)
4595                 return;
4596
4597         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
4598                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
4599         else
4600                 order = MAX_ORDER - 1;
4601
4602         /*
4603          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
4604          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
4605          * powerpc.
4606          */
4607         pageblock_order = order;
4608 }
4609 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4610
4611 /*
4612  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
4613  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
4614  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
4615  * the kernel config
4616  */
4617 void __init set_pageblock_order(void)
4618 {
4619 }
4620
4621 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4622
4623 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
4624                                                    unsigned long present_pages)
4625 {
4626         unsigned long pages = spanned_pages;
4627
4628         /*
4629          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
4630          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
4631          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
4632          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
4633          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
4634          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
4635          */
4636         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
4637             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
4638                 pages = present_pages;
4639
4640         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
4641 }
4642
4643 /*
4644  * Set up the zone data structures:
4645  *   - mark all pages reserved
4646  *   - mark all memory queues empty
4647  *   - clear the memory bitmaps
4648  *
4649  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
4650  */
4651 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
4652                 unsigned long *zones_size, unsigned long *zholes_size)
4653 {
4654         enum zone_type j;
4655         int nid = pgdat->node_id;
4656         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
4657         int ret;
4658
4659         pgdat_resize_init(pgdat);
4660 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
4661         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
4662         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
4663         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
4664 #endif
4665         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
4666         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
4667         pgdat_page_cgroup_init(pgdat);
4668
4669         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
4670                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
4671                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
4672
4673                 size = zone_spanned_pages_in_node(nid, j, zones_size);
4674                 realsize = freesize = size - zone_absent_pages_in_node(nid, j,
4675                                                                 zholes_size);
4676
4677                 /*
4678                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
4679                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
4680                  * and per-cpu initialisations
4681                  */
4682                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
4683                 if (freesize >= memmap_pages) {
4684                         freesize -= memmap_pages;
4685                         if (memmap_pages)
4686                                 printk(KERN_DEBUG
4687                                        "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
4688                                        zone_names[j], memmap_pages);
4689                 } else
4690                         printk(KERN_WARNING
4691                                 "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
4692                                 zone_names[j], memmap_pages, freesize);
4693
4694                 /* Account for reserved pages */
4695                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
4696                         freesize -= dma_reserve;
4697                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
4698                                         zone_names[0], dma_reserve);
4699                 }
4700
4701                 if (!is_highmem_idx(j))
4702                         nr_kernel_pages += freesize;
4703                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
4704                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
4705                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
4706                 nr_all_pages += freesize;
4707
4708                 zone->spanned_pages = size;
4709                 zone->present_pages = realsize;
4710                 /*
4711                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
4712                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
4713                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
4714                  */
4715                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
4716 #ifdef CONFIG_NUMA
4717                 zone->node = nid;
4718                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
4719                                                 / 100;
4720                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
4721 #endif
4722                 zone->name = zone_names[j];
4723                 spin_lock_init(&zone->lock);
4724                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
4725                 zone_seqlock_init(zone);
4726                 zone->zone_pgdat = pgdat;
4727
4728                 zone_pcp_init(zone);
4729                 lruvec_init(&zone->lruvec);
4730                 if (!size)
4731                         continue;
4732
4733                 set_pageblock_order();
4734                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
4735                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
4736                                                 size, MEMMAP_EARLY);
4737                 BUG_ON(ret);
4738                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
4739                 zone_start_pfn += size;
4740         }
4741 }
4742
4743 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
4744 {
4745         /* Skip empty nodes */
4746         if (!pgdat->node_spanned_pages)
4747                 return;
4748
4749 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
4750         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
4751         if (!pgdat->node_mem_map) {
4752                 unsigned long size, start, end;
4753                 struct page *map;
4754
4755                 /*
4756                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
4757                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
4758                  * for the buddy allocator to function correctly.
4759                  */
4760                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
4761                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
4762                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
4763                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
4764                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
4765                 if (!map)
4766                         map = alloc_bootmem_node_nopanic(pgdat, size);
4767                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
4768         }
4769 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
4770         /*
4771          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
4772          */
4773         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
4774                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
4775 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4776                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
4777                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
4778 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4779         }
4780 #endif
4781 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
4782 }
4783
4784 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
4785                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
4786 {
4787         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4788
4789         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
4790         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
4791
4792         pgdat->node_id = nid;
4793         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
4794         init_zone_allows_reclaim(nid);
4795         calculate_node_totalpages(pgdat, zones_size, zholes_size);
4796
4797         alloc_node_mem_map(pgdat);
4798 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
4799         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
4800                 nid, (unsigned long)pgdat,
4801                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
4802 #endif
4803
4804         free_area_init_core(pgdat, zones_size, zholes_size);
4805 }
4806
4807 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4808
4809 #if MAX_NUMNODES > 1
4810 /*
4811  * Figure out the number of possible node ids.
4812  */
4813 void __init setup_nr_node_ids(void)
4814 {
4815         unsigned int node;
4816         unsigned int highest = 0;
4817
4818         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
4819                 highest = node;
4820         nr_node_ids = highest + 1;
4821 }
4822 #endif
4823
4824 /**
4825  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
4826  *
4827  * This function should be called after node map is populated and sorted.
4828  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
4829  * all the nodes.
4830  *
4831  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
4832  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
4833  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
4834  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
4835  *
4836  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
4837  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
4838  * populated node map.
4839  *
4840  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
4841  * requirement (single node).
4842  */
4843 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
4844 {
4845         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
4846         unsigned long start, end, mask;
4847         int last_nid = -1;
4848         int i, nid;
4849
4850         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
4851                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
4852                         last_nid = nid;
4853                         last_end = end;
4854                         continue;
4855                 }
4856
4857                 /*
4858                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
4859                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
4860                  * too coarse to separate the current node from the last.
4861                  */
4862                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
4863                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
4864                         mask <<= 1;
4865
4866                 /* accumulate all internode masks */
4867                 accl_mask |= mask;
4868         }
4869
4870         /* convert mask to number of pages */
4871         return ~accl_mask + 1;
4872 }
4873
4874 /* Find the lowest pfn for a node */
4875 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
4876 {
4877         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
4878         unsigned long start_pfn;
4879         int i;
4880
4881         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
4882                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
4883
4884         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
4885                 printk(KERN_WARNING
4886                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
4887                 return 0;
4888         }
4889
4890         return min_pfn;
4891 }
4892
4893 /**
4894  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
4895  *
4896  * It returns the minimum PFN based on information provided via
4897  * add_active_range().
4898  */
4899 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
4900 {
4901         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
4902 }
4903
4904 /*
4905  * early_calculate_totalpages()
4906  * Sum pages in active regions for movable zone.
4907  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
4908  */
4909 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
4910 {
4911         unsigned long totalpages = 0;
4912         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4913         int i, nid;
4914
4915         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
4916                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
4917
4918                 totalpages += pages;
4919                 if (pages)
4920                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
4921         }
4922         return totalpages;
4923 }
4924
4925 /*
4926  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
4927  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
4928  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
4929  * others
4930  */
4931 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
4932 {
4933         int i, nid;
4934         unsigned long usable_startpfn;
4935         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
4936         /* save the state before borrow the nodemask */
4937         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
4938         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
4939         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
4940
4941         /*
4942          * If movablecore was specified, calculate what size of
4943          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
4944          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
4945          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
4946          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
4947          * what movablecore would have allowed.
4948          */
4949         if (required_movablecore) {
4950                 unsigned long corepages;
4951
4952                 /*
4953                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
4954                  * was requested by the user
4955                  */
4956                 required_movablecore =
4957                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
4958                 corepages = totalpages - required_movablecore;
4959
4960                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
4961         }
4962
4963         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
4964         if (!required_kernelcore)
4965                 goto out;
4966
4967         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
4968         find_usable_zone_for_movable();
4969         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
4970
4971 restart:
4972         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
4973         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
4974         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
4975                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
4976
4977                 /*
4978                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
4979                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
4980                  * amount of memory for the kernel
4981                  */
4982                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
4983                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
4984
4985                 /*
4986                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
4987                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
4988                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
4989                  */
4990                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
4991
4992                 /* Go through each range of PFNs within this node */
4993                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
4994                         unsigned long size_pages;
4995
4996                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
4997                         if (start_pfn >= end_pfn)
4998                                 continue;
4999
5000                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5001                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5002                                 unsigned long kernel_pages;
5003                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5004                                                                 - start_pfn;
5005
5006                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5007                                                         kernelcore_remaining);
5008                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5009                                                         required_kernelcore);
5010
5011                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5012                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5013
5014                                         /*
5015                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5016                                          * that if we have to rebalance
5017                                          * kernelcore across nodes, we will
5018                                          * not double account here
5019                                          */
5020                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5021                                         continue;
5022                                 }
5023                                 start_pfn = usable_startpfn;
5024                         }
5025
5026                         /*
5027                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5028                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5029                          * number of pages used as kernelcore
5030                          */
5031                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5032                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5033                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5034                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5035
5036                         /*
5037                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5038                          * break if the kernelcore for this node has been
5039                          * satisified
5040                          */
5041                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5042                                                                 size_pages);
5043                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5044                         if (!kernelcore_remaining)
5045                                 break;
5046                 }
5047         }
5048
5049         /*
5050          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5051          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5052          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5053          * satisified
5054          */
5055         usable_nodes--;
5056         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5057                 goto restart;
5058
5059         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5060         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5061                 zone_movable_pfn[nid] =
5062                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5063
5064 out:
5065         /* restore the node_state */
5066         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5067 }
5068
5069 /* Any regular or high memory on that node ? */
5070 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5071 {
5072         enum zone_type zone_type;
5073
5074         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5075                 return;
5076
5077         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5078                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5079                 if (zone->present_pages) {
5080                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5081                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5082                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5083                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5084                         break;
5085                 }
5086         }
5087 }
5088
5089 /**
5090  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5091  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5092  *
5093  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5094  * Using the page ranges provided by add_active_range(), the size of each
5095  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5096  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5097  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5098  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5099  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5100  * at arch_max_dma_pfn.
5101  */
5102 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5103 {
5104         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5105         int i, nid;
5106
5107         /* Record where the zone boundaries are */
5108         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5109                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5110         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5111                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5112         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5113         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5114         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5115                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5116                         continue;
5117                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5118                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5119                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5120                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5121         }
5122         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5123         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5124
5125         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5126         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5127         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5128
5129         /* Print out the zone ranges */
5130         printk("Zone ranges:\n");
5131         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5132                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5133                         continue;
5134                 printk(KERN_CONT "  %-8s ", zone_names[i]);
5135                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5136                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5137                         printk(KERN_CONT "empty\n");
5138                 else
5139                         printk(KERN_CONT "[mem %0#10lx-%0#10lx]\n",
5140                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] << PAGE_SHIFT,
5141                                 (arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5142                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5143         }
5144
5145         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5146         printk("Movable zone start for each node\n");
5147         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5148                 if (zone_movable_pfn[i])
5149                         printk("  Node %d: %#010lx\n", i,
5150                                zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5151         }
5152
5153         /* Print out the early node map */
5154         printk("Early memory node ranges\n");
5155         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5156                 printk("  node %3d: [mem %#010lx-%#010lx]\n", nid,
5157                        start_pfn << PAGE_SHIFT, (end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5158
5159         /* Initialise every node */
5160         mminit_verify_pageflags_layout();
5161         setup_nr_node_ids();
5162         for_each_online_node(nid) {
5163                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5164                 free_area_init_node(nid, NULL,
5165                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5166
5167                 /* Any memory on that node */
5168                 if (pgdat->node_present_pages)
5169                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5170                 check_for_memory(pgdat, nid);
5171         }
5172 }
5173
5174 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5175 {
5176         unsigned long long coremem;
5177         if (!p)
5178                 return -EINVAL;
5179
5180         coremem = memparse(p, &p);
5181         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5182
5183         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5184         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5185
5186         return 0;
5187 }
5188
5189 /*
5190  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5191  * cannot be reclaimed or migrated.
5192  */
5193 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5194 {
5195         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5196 }
5197
5198 /*
5199  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5200  * can be reclaimed or migrated.
5201  */
5202 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5203 {
5204         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5205 }
5206
5207 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5208 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5209
5210 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5211
5212 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5213 {
5214         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5215         page_zone(page)->managed_pages += count;
5216         totalram_pages += count;
5217         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5218 }
5219
5220 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5221 {
5222         void *pos;
5223         unsigned long pages = 0;
5224
5225         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5226         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5227         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5228                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5229                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5230                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5231         }
5232
5233         if (pages && s)
5234                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5235                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5236
5237         return pages;
5238 }
5239 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5240
5241 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5242 void free_highmem_page(struct page *page)
5243 {
5244         __free_reserved_page(page);
5245         totalram_pages++;
5246         page_zone(page)->managed_pages++;
5247         totalhigh_pages++;
5248 }
5249 #endif
5250
5251 /**
5252  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5253  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5254  *
5255  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5256  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5257  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5258  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5259  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5260  * smaller per-cpu batchsize.
5261  */
5262 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5263 {
5264         dma_reserve = new_dma_reserve;
5265 }
5266
5267 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5268 {
5269         free_area_init_node(0, zones_size,
5270                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5271 }
5272
5273 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5274                                  unsigned long action, void *hcpu)
5275 {
5276         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5277
5278         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5279                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5280                 drain_pages(cpu);
5281
5282                 /*
5283                  * Spill the event counters of the dead processor
5284                  * into the current processors event counters.
5285                  * This artificially elevates the count of the current
5286                  * processor.
5287                  */
5288                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5289
5290                 /*
5291                  * Zero the differential counters of the dead processor
5292                  * so that the vm statistics are consistent.
5293                  *
5294                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5295                  * race with what we are doing.
5296                  */
5297                 refresh_cpu_vm_stats(cpu);
5298         }
5299         return NOTIFY_OK;
5300 }
5301
5302 void __init page_alloc_init(void)
5303 {
5304         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5305 }
5306
5307 /*
5308  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
5309  *      or min_free_kbytes changes.
5310  */
5311 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5312 {
5313         struct pglist_data *pgdat;
5314         unsigned long reserve_pages = 0;
5315         enum zone_type i, j;
5316
5317         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5318                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5319                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5320                         unsigned long max = 0;
5321
5322                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5323                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5324                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5325                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5326                         }
5327
5328                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5329                         max += high_wmark_pages(zone);
5330
5331                         if (max > zone->managed_pages)
5332                                 max = zone->managed_pages;
5333                         reserve_pages += max;
5334                         /*
5335                          * Lowmem reserves are not available to
5336                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
5337                          * kswapd tries to balance zones to their high
5338                          * watermark.  As a result, neither should be
5339                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
5340                          * situation where reclaim has to clean pages
5341                          * in order to balance the zones.
5342                          */
5343                         zone->dirty_balance_reserve = max;
5344                 }
5345         }
5346         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
5347         totalreserve_pages = reserve_pages;
5348 }
5349
5350 /*
5351  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5352  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5353  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5354  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5355  */
5356 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5357 {
5358         struct pglist_data *pgdat;
5359         enum zone_type j, idx;
5360
5361         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5362                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5363                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5364                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
5365
5366                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5367
5368                         idx = j;
5369                         while (idx) {
5370                                 struct zone *lower_zone;
5371
5372                                 idx--;
5373
5374                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
5375                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
5376
5377                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
5378                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
5379                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
5380                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
5381                         }
5382                 }
5383         }
5384
5385         /* update totalreserve_pages */
5386         calculate_totalreserve_pages();
5387 }
5388
5389 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5390 {
5391         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5392         unsigned long lowmem_pages = 0;
5393         struct zone *zone;
5394         unsigned long flags;
5395
5396         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
5397         for_each_zone(zone) {
5398                 if (!is_highmem(zone))
5399                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
5400         }
5401
5402         for_each_zone(zone) {
5403                 u64 tmp;
5404
5405                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5406                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
5407                 do_div(tmp, lowmem_pages);
5408                 if (is_highmem(zone)) {
5409                         /*
5410                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5411                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
5412                          * value here.
5413                          *
5414                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5415                          * deltas controls asynch page reclaim, and so should
5416                          * not be capped for highmem.
5417                          */
5418                         unsigned long min_pages;
5419
5420                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
5421                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5422                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5423                 } else {
5424                         /*
5425                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5426                          * proportionate to the zone's size.
5427                          */
5428                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5429                 }
5430
5431                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
5432                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
5433
5434                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
5435                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5436         }
5437
5438         /* update totalreserve_pages */
5439         calculate_totalreserve_pages();
5440 }
5441
5442 /**
5443  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5444  * or when memory is hot-{added|removed}
5445  *
5446  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5447  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5448  */
5449 void setup_per_zone_wmarks(void)
5450 {
5451         mutex_lock(&zonelists_mutex);
5452         __setup_per_zone_wmarks();
5453         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
5454 }
5455
5456 /*
5457  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
5458  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
5459  * to be referenced again before it is swapped out.
5460  *
5461  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
5462  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
5463  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
5464  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
5465  *
5466  * total     target    max
5467  * memory    ratio     inactive anon
5468  * -------------------------------------
5469  *   10MB       1         5MB
5470  *  100MB       1        50MB
5471  *    1GB       3       250MB
5472  *   10GB      10       0.9GB
5473  *  100GB      31         3GB
5474  *    1TB     101        10GB
5475  *   10TB     320        32GB
5476  */
5477 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
5478 {
5479         unsigned int gb, ratio;
5480
5481         /* Zone size in gigabytes */
5482         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
5483         if (gb)
5484                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
5485         else
5486                 ratio = 1;
5487
5488         zone->inactive_ratio = ratio;
5489 }
5490
5491 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
5492 {
5493         struct zone *zone;
5494
5495         for_each_zone(zone)
5496                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
5497 }
5498
5499 /*
5500  * Initialise min_free_kbytes.
5501  *
5502  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5503  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
5504  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5505  *
5506  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5507  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5508  *
5509  * which yields
5510  *
5511  * 16MB:        512k
5512  * 32MB:        724k
5513  * 64MB:        1024k
5514  * 128MB:       1448k
5515  * 256MB:       2048k
5516  * 512MB:       2896k
5517  * 1024MB:      4096k
5518  * 2048MB:      5792k
5519  * 4096MB:      8192k
5520  * 8192MB:      11584k
5521  * 16384MB:     16384k
5522  */
5523 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5524 {
5525         unsigned long lowmem_kbytes;
5526
5527         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5528
5529         min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5530         if (min_free_kbytes < 128)
5531                 min_free_kbytes = 128;
5532         if (min_free_kbytes > 65536)
5533                 min_free_kbytes = 65536;
5534         setup_per_zone_wmarks();
5535         refresh_zone_stat_thresholds();
5536         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5537         setup_per_zone_inactive_ratio();
5538         return 0;
5539 }
5540 module_init(init_per_zone_wmark_min)
5541
5542 /*
5543  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so 
5544  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5545  *      changes.
5546  */
5547 int min_free_kbytes_sysctl_handler(ctl_table *table, int write, 
5548         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5549 {
5550         proc_dointvec(table, write, buffer, length, ppos);
5551         if (write)
5552                 setup_per_zone_wmarks();
5553         return 0;
5554 }
5555
5556 #ifdef CONFIG_NUMA
5557 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5558         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5559 {
5560         struct zone *zone;
5561         int rc;
5562
5563         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5564         if (rc)
5565                 return rc;
5566
5567         for_each_zone(zone)
5568                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
5569                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
5570         return 0;
5571 }
5572
5573 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5574         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5575 {
5576         struct zone *zone;
5577         int rc;
5578
5579         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5580         if (rc)
5581                 return rc;
5582
5583         for_each_zone(zone)
5584                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
5585                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5586         return 0;
5587 }
5588 #endif
5589
5590 /*
5591  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
5592  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
5593  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
5594  *
5595  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
5596  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
5597  * if in function of the boot time zone sizes.
5598  */
5599 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5600         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5601 {
5602         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5603         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5604         return 0;
5605 }
5606
5607 /*
5608  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
5609  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu pagelist
5610  * can have before it gets flushed back to buddy allocator.
5611  */
5612 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5613         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5614 {
5615         struct zone *zone;
5616         unsigned int cpu;
5617         int ret;
5618
5619         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5620         if (!write || (ret < 0))
5621                 return ret;
5622
5623         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5624         for_each_populated_zone(zone) {
5625                 unsigned long  high;
5626                 high = zone->managed_pages / percpu_pagelist_fraction;
5627                 for_each_possible_cpu(cpu)
5628                         pageset_set_high(per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu),
5629                                          high);
5630         }
5631         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5632         return 0;
5633 }
5634
5635 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
5636
5637 #ifdef CONFIG_NUMA
5638 static int __init set_hashdist(char *str)
5639 {
5640         if (!str)
5641                 return 0;
5642         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
5643         return 1;
5644 }
5645 __setup("hashdist=", set_hashdist);
5646 #endif
5647
5648 /*
5649  * allocate a large system hash table from bootmem
5650  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
5651  *   quantity of entries
5652  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
5653  */
5654 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
5655                                      unsigned long bucketsize,
5656                                      unsigned long numentries,
5657                                      int scale,
5658                                      int flags,
5659                                      unsigned int *_hash_shift,
5660                                      unsigned int *_hash_mask,
5661                                      unsigned long low_limit,
5662                                      unsigned long high_limit)
5663 {
5664         unsigned long long max = high_limit;
5665         unsigned long log2qty, size;
5666         void *table = NULL;
5667
5668         /* allow the kernel cmdline to have a say */
5669         if (!numentries) {
5670                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
5671                 numentries = nr_kernel_pages;
5672                 numentries += (1UL << (20 - PAGE_SHIFT)) - 1;
5673                 numentries >>= 20 - PAGE_SHIFT;
5674                 numentries <<= 20 - PAGE_SHIFT;
5675
5676                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
5677                 if (scale > PAGE_SHIFT)
5678                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
5679                 else
5680                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
5681
5682                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
5683                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
5684                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
5685                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
5686                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
5687                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
5688                                 BUG_ON(!numentries);
5689                         }
5690                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
5691                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
5692         }
5693         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
5694
5695         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
5696         if (max == 0) {
5697                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
5698                 do_div(max, bucketsize);
5699         }
5700         max = min(max, 0x80000000ULL);
5701
5702         if (numentries < low_limit)
5703                 numentries = low_limit;
5704         if (numentries > max)
5705                 numentries = max;
5706
5707         log2qty = ilog2(numentries);
5708
5709         do {
5710                 size = bucketsize << log2qty;
5711                 if (flags & HASH_EARLY)
5712                         table = alloc_bootmem_nopanic(size);
5713                 else if (hashdist)
5714                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
5715                 else {
5716                         /*
5717                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
5718                          * some pages at the end of hash table which
5719                          * alloc_pages_exact() automatically does
5720                          */
5721                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
5722                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
5723                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
5724                         }
5725                 }
5726         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
5727
5728         if (!table)
5729                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
5730
5731         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
5732                tablename,
5733                (1UL << log2qty),
5734                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
5735                size);
5736
5737         if (_hash_shift)
5738                 *_hash_shift = log2qty;
5739         if (_hash_mask)
5740                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
5741
5742         return table;
5743 }
5744
5745 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
5746 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
5747                                                         unsigned long pfn)
5748 {
5749 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
5750         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
5751 #else
5752         return zone->pageblock_flags;
5753 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5754 }
5755
5756 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
5757 {
5758 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
5759         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
5760         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
5761 #else
5762         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
5763         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
5764 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5765 }
5766
5767 /**
5768  * get_pageblock_flags_group - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
5769  * @page: The page within the block of interest
5770  * @start_bitidx: The first bit of interest to retrieve
5771  * @end_bitidx: The last bit of interest
5772  * returns pageblock_bits flags
5773  */
5774 unsigned long get_pageblock_flags_group(struct page *page,
5775                                         int start_bitidx, int end_bitidx)
5776 {
5777         struct zone *zone;
5778         unsigned long *bitmap;
5779         unsigned long pfn, bitidx;
5780         unsigned long flags = 0;
5781         unsigned long value = 1;
5782
5783         zone = page_zone(page);
5784         pfn = page_to_pfn(page);
5785         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
5786         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
5787
5788         for (; start_bitidx <= end_bitidx; start_bitidx++, value <<= 1)
5789                 if (test_bit(bitidx + start_bitidx, bitmap))
5790                         flags |= value;
5791
5792         return flags;
5793 }
5794
5795 /**
5796  * set_pageblock_flags_group - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
5797  * @page: The page within the block of interest
5798  * @start_bitidx: The first bit of interest
5799  * @end_bitidx: The last bit of interest
5800  * @flags: The flags to set
5801  */
5802 void set_pageblock_flags_group(struct page *page, unsigned long flags,
5803                                         int start_bitidx, int end_bitidx)
5804 {
5805         struct zone *zone;
5806         unsigned long *bitmap;
5807         unsigned long pfn, bitidx;
5808         unsigned long value = 1;
5809
5810         zone = page_zone(page);
5811         pfn = page_to_pfn(page);
5812         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
5813         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
5814         VM_BUG_ON(!zone_spans_pfn(zone, pfn));
5815
5816         for (; start_bitidx <= end_bitidx; start_bitidx++, value <<= 1)
5817                 if (flags & value)
5818                         __set_bit(bitidx + start_bitidx, bitmap);
5819                 else
5820                         __clear_bit(bitidx + start_bitidx, bitmap);
5821 }
5822
5823 /*
5824  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
5825  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
5826  *
5827  * PageLRU check wihtout isolation or lru_lock could race so that
5828  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
5829  * expect this function should be exact.
5830  */
5831 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
5832                          bool skip_hwpoisoned_pages)
5833 {
5834         unsigned long pfn, iter, found;
5835         int mt;
5836
5837         /*
5838          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
5839          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
5840          */
5841         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
5842                 return false;
5843         mt = get_pageblock_migratetype(page);
5844         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
5845                 return false;
5846
5847         pfn = page_to_pfn(page);
5848         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
5849                 unsigned long check = pfn + iter;
5850
5851                 if (!pfn_valid_within(check))
5852                         continue;
5853
5854                 page = pfn_to_page(check);
5855                 /*
5856                  * We can't use page_count without pin a page
5857                  * because another CPU can free compound page.
5858                  * This check already skips compound tails of THP
5859                  * because their page->_count is zero at all time.
5860                  */
5861                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
5862                         if (PageBuddy(page))
5863                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
5864                         continue;
5865                 }
5866
5867                 /*
5868                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
5869                  * page_count() is not 0.
5870                  */
5871                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
5872                         continue;
5873
5874                 if (!PageLRU(page))
5875                         found++;
5876                 /*
5877                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check it.
5878                  * But now, memory offline itself doesn't call shrink_slab()
5879                  * and it still to be fixed.
5880                  */
5881                 /*
5882                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
5883                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
5884                  *
5885                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
5886                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
5887                  * page at boot.
5888                  */
5889                 if (found > count)
5890                         return true;
5891         }
5892         return false;
5893 }
5894
5895 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
5896 {
5897         struct zone *zone;
5898         unsigned long pfn;
5899
5900         /*
5901          * We have to be careful here because we are iterating over memory
5902          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
5903          * the zone but still within the section.
5904          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
5905          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
5906          */
5907         if (!node_online(page_to_nid(page)))
5908                 return false;
5909
5910         zone = page_zone(page);
5911         pfn = page_to_pfn(page);
5912         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
5913                 return false;
5914
5915         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
5916 }
5917
5918 #ifdef CONFIG_CMA
5919
5920 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
5921 {
5922         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
5923                              pageblock_nr_pages) - 1);
5924 }
5925
5926 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
5927 {
5928         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
5929                                 pageblock_nr_pages));
5930 }
5931
5932 /* [start, end) must belong to a single zone. */
5933 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
5934                                         unsigned long start, unsigned long end)
5935 {
5936         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
5937         unsigned long nr_reclaimed;
5938         unsigned long pfn = start;
5939         unsigned int tries = 0;
5940         int ret = 0;
5941
5942         migrate_prep();
5943
5944         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
5945                 if (fatal_signal_pending(current)) {
5946                         ret = -EINTR;
5947                         break;
5948                 }
5949
5950                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
5951                         cc->nr_migratepages = 0;
5952                         pfn = isolate_migratepages_range(cc->zone, cc,
5953                                                          pfn, end, true);
5954                         if (!pfn) {
5955                                 ret = -EINTR;
5956                                 break;
5957                         }
5958                         tries = 0;
5959                 } else if (++tries == 5) {
5960                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
5961                         break;
5962                 }
5963
5964                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
5965                                                         &cc->migratepages);
5966                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
5967
5968                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
5969                                     0, MIGRATE_SYNC, MR_CMA);
5970         }
5971         if (ret < 0) {
5972                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
5973                 return ret;
5974         }
5975         return 0;
5976 }
5977
5978 /**
5979  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
5980  * @start:      start PFN to allocate
5981  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
5982  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
5983  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
5984  *                      in range must have the same migratetype and it must
5985  *                      be either of the two.
5986  *
5987  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
5988  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
5989  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
5990  * pages fall in.
5991  *
5992  * The PFN range must belong to a single zone.
5993  *
5994  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
5995  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
5996  * need to be freed with free_contig_range().
5997  */
5998 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
5999                        unsigned migratetype)
6000 {
6001         unsigned long outer_start, outer_end;
6002         int ret = 0, order;
6003
6004         struct compact_control cc = {
6005                 .nr_migratepages = 0,
6006                 .order = -1,
6007                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6008                 .sync = true,
6009                 .ignore_skip_hint = true,
6010         };
6011         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6012
6013         /*
6014          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6015          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6016          * have different sizes, and due to the way page allocator
6017          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6018          * that page allocator won't try to merge buddies from
6019          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6020          * other migration type.
6021          *
6022          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6023          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6024          * we are interested in).  This will put all the pages in
6025          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6026          *
6027          * When this is done, we take the pages in range from page
6028          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6029          * page allocator will never consider using them.
6030          *
6031          * This lets us mark the pageblocks back as
6032          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6033          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6034          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6035          */
6036
6037         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6038                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6039                                        false);
6040         if (ret)
6041                 return ret;
6042
6043         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6044         if (ret)
6045                 goto done;
6046
6047         /*
6048          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6049          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6050          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6051          * What we are going to do is to allocate all pages from
6052          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6053          *
6054          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6055          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6056          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6057          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6058          * once this is done free the pages we are not interested in.
6059          *
6060          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6061          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6062          */
6063
6064         lru_add_drain_all();
6065         drain_all_pages();
6066
6067         order = 0;
6068         outer_start = start;
6069         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6070                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6071                         ret = -EBUSY;
6072                         goto done;
6073                 }
6074                 outer_start &= ~0UL << order;
6075         }
6076
6077         /* Make sure the range is really isolated. */
6078         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6079                 pr_warn("alloc_contig_range test_pages_isolated(%lx, %lx) failed\n",
6080                        outer_start, end);
6081                 ret = -EBUSY;
6082                 goto done;
6083         }
6084
6085
6086         /* Grab isolated pages from freelists. */
6087         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6088         if (!outer_end) {
6089                 ret = -EBUSY;
6090                 goto done;
6091         }
6092
6093         /* Free head and tail (if any) */
6094         if (start != outer_start)
6095                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6096         if (end != outer_end)
6097                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6098
6099 done:
6100         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6101                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6102         return ret;
6103 }
6104
6105 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6106 {
6107         unsigned int count = 0;
6108
6109         for (; nr_pages--; pfn++) {
6110                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6111
6112                 count += page_count(page) != 1;
6113                 __free_page(page);
6114         }
6115         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6116 }
6117 #endif
6118
6119 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6120 /*
6121  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6122  * page high values need to be recalulated.
6123  */
6124 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6125 {
6126         unsigned cpu;
6127         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6128         for_each_possible_cpu(cpu)
6129                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6130                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6131         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6132 }
6133 #endif
6134
6135 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6136 {
6137         unsigned long flags;
6138         int cpu;
6139         struct per_cpu_pageset *pset;
6140
6141         /* avoid races with drain_pages()  */
6142         local_irq_save(flags);
6143         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6144                 for_each_online_cpu(cpu) {
6145                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6146                         drain_zonestat(zone, pset);
6147                 }
6148                 free_percpu(zone->pageset);
6149                 zone->pageset = &boot_pageset;
6150         }
6151         local_irq_restore(flags);
6152 }
6153
6154 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6155 /*
6156  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6157  */
6158 void
6159 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6160 {
6161         struct page *page;
6162         struct zone *zone;
6163         int order, i;
6164         unsigned long pfn;
6165         unsigned long flags;
6166         /* find the first valid pfn */
6167         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6168                 if (pfn_valid(pfn))
6169                         break;
6170         if (pfn == end_pfn)
6171                 return;
6172         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6173         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6174         pfn = start_pfn;
6175         while (pfn < end_pfn) {
6176                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6177                         pfn++;
6178                         continue;
6179                 }
6180                 page = pfn_to_page(pfn);
6181                 /*
6182                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6183                  * page_count() is not 0.
6184                  */
6185                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6186                         pfn++;
6187                         SetPageReserved(page);
6188                         continue;
6189                 }
6190
6191                 BUG_ON(page_count(page));
6192                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6193                 order = page_order(page);
6194 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6195                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6196                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6197 #endif
6198                 list_del(&page->lru);
6199                 rmv_page_order(page);
6200                 zone->free_area[order].nr_free--;
6201 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6202                 if (PageHighMem(page))
6203                         totalhigh_pages -= 1 << order;
6204 #endif
6205                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6206                         SetPageReserved((page+i));
6207                 pfn += (1 << order);
6208         }
6209         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6210 }
6211 #endif
6212
6213 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6214 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6215 {
6216         struct zone *zone = page_zone(page);
6217         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6218         unsigned long flags;
6219         int order;
6220
6221         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6222         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6223                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6224
6225                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6226                         break;
6227         }
6228         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6229
6230         return order < MAX_ORDER;
6231 }
6232 #endif
6233
6234 static const struct trace_print_flags pageflag_names[] = {
6235         {1UL << PG_locked,              "locked"        },
6236         {1UL << PG_error,               "error"         },
6237         {1UL << PG_referenced,          "referenced"    },
6238         {1UL << PG_uptodate,            "uptodate"      },
6239         {1UL << PG_dirty,               "dirty"         },
6240         {1UL << PG_lru,                 "lru"           },
6241         {1UL << PG_active,              "active"        },
6242         {1UL << PG_slab,                "slab"          },
6243         {1UL << PG_owner_priv_1,        "owner_priv_1"  },
6244         {1UL << PG_arch_1,              "arch_1"        },
6245         {1UL << PG_reserved,            "reserved"      },
6246         {1UL << PG_private,             "private"       },
6247         {1UL << PG_private_2,           "private_2"     },
6248         {1UL << PG_writeback,           "writeback"     },
6249 #ifdef CONFIG_PAGEFLAGS_EXTENDED
6250         {1UL << PG_head,                "head"          },
6251         {1UL << PG_tail,                "tail"          },
6252 #else
6253         {1UL << PG_compound,            "compound"      },
6254 #endif
6255         {1UL << PG_swapcache,           "swapcache"     },
6256         {1UL << PG_mappedtodisk,        "mappedtodisk"  },
6257         {1UL << PG_reclaim,             "reclaim"       },
6258         {1UL << PG_swapbacked,          "swapbacked"    },
6259         {1UL << PG_unevictable,         "unevictable"   },
6260 #ifdef CONFIG_MMU
6261         {1UL << PG_mlocked,             "mlocked"       },
6262 #endif
6263 #ifdef CONFIG_ARCH_USES_PG_UNCACHED
6264         {1UL << PG_uncached,            "uncached"      },
6265 #endif
6266 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6267         {1UL << PG_hwpoison,            "hwpoison"      },
6268 #endif
6269 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6270         {1UL << PG_compound_lock,       "compound_lock" },
6271 #endif
6272 };
6273
6274 static void dump_page_flags(unsigned long flags)
6275 {
6276         const char *delim = "";
6277         unsigned long mask;
6278         int i;
6279
6280         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(pageflag_names) != __NR_PAGEFLAGS);
6281
6282         printk(KERN_ALERT "page flags: %#lx(", flags);
6283
6284         /* remove zone id */
6285         flags &= (1UL << NR_PAGEFLAGS) - 1;
6286
6287         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(pageflag_names) && flags; i++) {
6288
6289                 mask = pageflag_names[i].mask;
6290                 if ((flags & mask) != mask)
6291                         continue;
6292
6293                 flags &= ~mask;
6294                 printk("%s%s", delim, pageflag_names[i].name);
6295                 delim = "|";
6296         }
6297
6298         /* check for left over flags */
6299         if (flags)
6300                 printk("%s%#lx", delim, flags);
6301
6302         printk(")\n");
6303 }
6304
6305 void dump_page(struct page *page)
6306 {
6307         printk(KERN_ALERT
6308                "page:%p count:%d mapcount:%d mapping:%p index:%#lx\n",
6309                 page, atomic_read(&page->_count), page_mapcount(page),
6310                 page->mapping, page->index);
6311         dump_page_flags(page->flags);
6312         mem_cgroup_print_bad_page(page);
6313 }