mm, page_alloc: split smallest stolen page in fallback
[platform/kernel/linux-rpi.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/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69
70 #include <asm/sections.h>
71 #include <asm/tlbflush.h>
72 #include <asm/div64.h>
73 #include "internal.h"
74
75 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
76 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
77 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
78
79 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
80 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
81 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
82 #endif
83
84 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
85 /*
86  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
87  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
88  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
89  * defined in <linux/topology.h>.
90  */
91 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
92 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
93 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
94 #endif
95
96 /* work_structs for global per-cpu drains */
97 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
98 DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, pcpu_drain);
99
100 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
101 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
102 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
103 #endif
104
105 /*
106  * Array of node states.
107  */
108 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
109         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
110         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
111 #ifndef CONFIG_NUMA
112         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
113 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
114         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
115 #endif
116 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
117         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
118 #endif
119         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
120 #endif  /* NUMA */
121 };
122 EXPORT_SYMBOL(node_states);
123
124 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
125 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
126
127 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
128 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
129 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
130
131 int percpu_pagelist_fraction;
132 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
133
134 /*
135  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
136  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
137  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
138  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
139  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
140  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
141  */
142 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
143 {
144         return page->index;
145 }
146
147 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
148 {
149         page->index = migratetype;
150 }
151
152 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
153 /*
154  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
155  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
156  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
157  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
158  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
159  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
160  */
161
162 static gfp_t saved_gfp_mask;
163
164 void pm_restore_gfp_mask(void)
165 {
166         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
167         if (saved_gfp_mask) {
168                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
169                 saved_gfp_mask = 0;
170         }
171 }
172
173 void pm_restrict_gfp_mask(void)
174 {
175         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
176         WARN_ON(saved_gfp_mask);
177         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
178         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
179 }
180
181 bool pm_suspended_storage(void)
182 {
183         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
184                 return false;
185         return true;
186 }
187 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
188
189 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
190 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
191 #endif
192
193 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
194
195 /*
196  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
197  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
198  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
199  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
200  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
201  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
202  *
203  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
204  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
205  */
206 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
207 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
208          256,
209 #endif
210 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
211          256,
212 #endif
213 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
214          32,
215 #endif
216          32,
217 };
218
219 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
220
221 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
222 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
223          "DMA",
224 #endif
225 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
226          "DMA32",
227 #endif
228          "Normal",
229 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
230          "HighMem",
231 #endif
232          "Movable",
233 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
234          "Device",
235 #endif
236 };
237
238 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
239         "Unmovable",
240         "Movable",
241         "Reclaimable",
242         "HighAtomic",
243 #ifdef CONFIG_CMA
244         "CMA",
245 #endif
246 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
247         "Isolate",
248 #endif
249 };
250
251 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
252         NULL,
253         free_compound_page,
254 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
255         free_huge_page,
256 #endif
257 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
258         free_transhuge_page,
259 #endif
260 };
261
262 int min_free_kbytes = 1024;
263 int user_min_free_kbytes = -1;
264 int watermark_scale_factor = 10;
265
266 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
267 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
268 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
269
270 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
271 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
272 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
273 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
274 static unsigned long __initdata required_movablecore;
275 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
276 static bool mirrored_kernelcore;
277
278 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
279 int movable_zone;
280 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
281 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
282
283 #if MAX_NUMNODES > 1
284 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
285 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
286 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
287 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
288 #endif
289
290 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
291
292 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
293 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
294 {
295         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
296 }
297
298 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
299 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
300 {
301         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
302
303         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
304                 return true;
305
306         return false;
307 }
308
309 /*
310  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
311  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
312  */
313 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
314                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
315                                 unsigned long *nr_initialised)
316 {
317         unsigned long max_initialise;
318
319         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
320         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
321                 return true;
322         /*
323          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
324          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
325          */
326         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
327                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
328
329         (*nr_initialised)++;
330         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
331             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
332                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
333                 return false;
334         }
335
336         return true;
337 }
338 #else
339 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
340 {
341 }
342
343 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
344 {
345         return false;
346 }
347
348 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
349                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
350                                 unsigned long *nr_initialised)
351 {
352         return true;
353 }
354 #endif
355
356 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
357 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
358                                                         unsigned long pfn)
359 {
360 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
361         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
362 #else
363         return page_zone(page)->pageblock_flags;
364 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
365 }
366
367 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
368 {
369 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
370         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
371         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
372 #else
373         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
374         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
375 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
376 }
377
378 /**
379  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
380  * @page: The page within the block of interest
381  * @pfn: The target page frame number
382  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
383  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
384  *
385  * Return: pageblock_bits flags
386  */
387 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
388                                         unsigned long pfn,
389                                         unsigned long end_bitidx,
390                                         unsigned long mask)
391 {
392         unsigned long *bitmap;
393         unsigned long bitidx, word_bitidx;
394         unsigned long word;
395
396         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
397         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
398         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
399         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
400
401         word = bitmap[word_bitidx];
402         bitidx += end_bitidx;
403         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
404 }
405
406 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
407                                         unsigned long end_bitidx,
408                                         unsigned long mask)
409 {
410         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
411 }
412
413 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
414 {
415         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
416 }
417
418 /**
419  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
420  * @page: The page within the block of interest
421  * @flags: The flags to set
422  * @pfn: The target page frame number
423  * @end_bitidx: The last bit of interest
424  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
425  */
426 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
427                                         unsigned long pfn,
428                                         unsigned long end_bitidx,
429                                         unsigned long mask)
430 {
431         unsigned long *bitmap;
432         unsigned long bitidx, word_bitidx;
433         unsigned long old_word, word;
434
435         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
436
437         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
438         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
439         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
440         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
441
442         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
443
444         bitidx += end_bitidx;
445         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
446         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
447
448         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
449         for (;;) {
450                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
451                 if (word == old_word)
452                         break;
453                 word = old_word;
454         }
455 }
456
457 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
458 {
459         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
460                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
461                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
462
463         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
464                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
465 }
466
467 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
468 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
469 {
470         int ret = 0;
471         unsigned seq;
472         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
473         unsigned long sp, start_pfn;
474
475         do {
476                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
477                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
478                 sp = zone->spanned_pages;
479                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
480                         ret = 1;
481         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
482
483         if (ret)
484                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
485                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
486                         start_pfn, start_pfn + sp);
487
488         return ret;
489 }
490
491 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
492 {
493         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
494                 return 0;
495         if (zone != page_zone(page))
496                 return 0;
497
498         return 1;
499 }
500 /*
501  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
502  */
503 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
504 {
505         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
506                 return 1;
507         if (!page_is_consistent(zone, page))
508                 return 1;
509
510         return 0;
511 }
512 #else
513 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
514 {
515         return 0;
516 }
517 #endif
518
519 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
520                 unsigned long bad_flags)
521 {
522         static unsigned long resume;
523         static unsigned long nr_shown;
524         static unsigned long nr_unshown;
525
526         /*
527          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
528          * or allow a steady drip of one report per second.
529          */
530         if (nr_shown == 60) {
531                 if (time_before(jiffies, resume)) {
532                         nr_unshown++;
533                         goto out;
534                 }
535                 if (nr_unshown) {
536                         pr_alert(
537                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
538                                 nr_unshown);
539                         nr_unshown = 0;
540                 }
541                 nr_shown = 0;
542         }
543         if (nr_shown++ == 0)
544                 resume = jiffies + 60 * HZ;
545
546         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
547                 current->comm, page_to_pfn(page));
548         __dump_page(page, reason);
549         bad_flags &= page->flags;
550         if (bad_flags)
551                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
552                                                 bad_flags, &bad_flags);
553         dump_page_owner(page);
554
555         print_modules();
556         dump_stack();
557 out:
558         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
559         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
560         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
561 }
562
563 /*
564  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
565  *
566  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
567  *
568  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
569  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
570  *
571  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
572  * page destructors. See compound_page_dtors.
573  *
574  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
575  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
576  */
577
578 void free_compound_page(struct page *page)
579 {
580         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
581 }
582
583 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
584 {
585         int i;
586         int nr_pages = 1 << order;
587
588         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
589         set_compound_order(page, order);
590         __SetPageHead(page);
591         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
592                 struct page *p = page + i;
593                 set_page_count(p, 0);
594                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
595                 set_compound_head(p, page);
596         }
597         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
598 }
599
600 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
601 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
602 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
603                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
604 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
605 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
606
607 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
608 {
609         if (!buf)
610                 return -EINVAL;
611         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
612 }
613 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
614
615 static bool need_debug_guardpage(void)
616 {
617         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
618         if (!debug_pagealloc_enabled())
619                 return false;
620
621         if (!debug_guardpage_minorder())
622                 return false;
623
624         return true;
625 }
626
627 static void init_debug_guardpage(void)
628 {
629         if (!debug_pagealloc_enabled())
630                 return;
631
632         if (!debug_guardpage_minorder())
633                 return;
634
635         _debug_guardpage_enabled = true;
636 }
637
638 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
639         .need = need_debug_guardpage,
640         .init = init_debug_guardpage,
641 };
642
643 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
644 {
645         unsigned long res;
646
647         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
648                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
649                 return 0;
650         }
651         _debug_guardpage_minorder = res;
652         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
653         return 0;
654 }
655 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
656
657 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
658                                 unsigned int order, int migratetype)
659 {
660         struct page_ext *page_ext;
661
662         if (!debug_guardpage_enabled())
663                 return false;
664
665         if (order >= debug_guardpage_minorder())
666                 return false;
667
668         page_ext = lookup_page_ext(page);
669         if (unlikely(!page_ext))
670                 return false;
671
672         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
673
674         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
675         set_page_private(page, order);
676         /* Guard pages are not available for any usage */
677         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
678
679         return true;
680 }
681
682 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
683                                 unsigned int order, int migratetype)
684 {
685         struct page_ext *page_ext;
686
687         if (!debug_guardpage_enabled())
688                 return;
689
690         page_ext = lookup_page_ext(page);
691         if (unlikely(!page_ext))
692                 return;
693
694         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
695
696         set_page_private(page, 0);
697         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
698                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
699 }
700 #else
701 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
702 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
703                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
704 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
705                                 unsigned int order, int migratetype) {}
706 #endif
707
708 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
709 {
710         set_page_private(page, order);
711         __SetPageBuddy(page);
712 }
713
714 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
715 {
716         __ClearPageBuddy(page);
717         set_page_private(page, 0);
718 }
719
720 /*
721  * This function checks whether a page is free && is the buddy
722  * we can do coalesce a page and its buddy if
723  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
724  * (b) the buddy is in the buddy system &&
725  * (c) a page and its buddy have the same order &&
726  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
727  *
728  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
729  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
730  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
731  * serialized by zone->lock.
732  *
733  * For recording page's order, we use page_private(page).
734  */
735 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
736                                                         unsigned int order)
737 {
738         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
739                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
740                         return 0;
741
742                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
743
744                 return 1;
745         }
746
747         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
748                 /*
749                  * zone check is done late to avoid uselessly
750                  * calculating zone/node ids for pages that could
751                  * never merge.
752                  */
753                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
754                         return 0;
755
756                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
757
758                 return 1;
759         }
760         return 0;
761 }
762
763 /*
764  * Freeing function for a buddy system allocator.
765  *
766  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
767  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
768  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
769  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
770  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
771  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
772  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
773  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
774  * parts of the VM system.
775  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
776  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
777  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
778  * field.
779  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
780  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
781  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
782  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
783  * triggers coalescing into a block of larger size.
784  *
785  * -- nyc
786  */
787
788 static inline void __free_one_page(struct page *page,
789                 unsigned long pfn,
790                 struct zone *zone, unsigned int order,
791                 int migratetype)
792 {
793         unsigned long combined_pfn;
794         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
795         struct page *buddy;
796         unsigned int max_order;
797
798         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
799
800         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
801         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
802
803         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
804         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
805                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
806
807         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
808         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
809
810 continue_merging:
811         while (order < max_order - 1) {
812                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
813                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
814
815                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
816                         goto done_merging;
817                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
818                         goto done_merging;
819                 /*
820                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
821                  * merge with it and move up one order.
822                  */
823                 if (page_is_guard(buddy)) {
824                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
825                 } else {
826                         list_del(&buddy->lru);
827                         zone->free_area[order].nr_free--;
828                         rmv_page_order(buddy);
829                 }
830                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
831                 page = page + (combined_pfn - pfn);
832                 pfn = combined_pfn;
833                 order++;
834         }
835         if (max_order < MAX_ORDER) {
836                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
837                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
838                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
839                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
840                  *
841                  * We don't want to hit this code for the more frequent
842                  * low-order merging.
843                  */
844                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
845                         int buddy_mt;
846
847                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
848                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
849                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
850
851                         if (migratetype != buddy_mt
852                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
853                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
854                                 goto done_merging;
855                 }
856                 max_order++;
857                 goto continue_merging;
858         }
859
860 done_merging:
861         set_page_order(page, order);
862
863         /*
864          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
865          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
866          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
867          * that is happening, add the free page to the tail of the list
868          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
869          * as a higher order page
870          */
871         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
872                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
873                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
874                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
875                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
876                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
877                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
878                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
879                         list_add_tail(&page->lru,
880                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
881                         goto out;
882                 }
883         }
884
885         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
886 out:
887         zone->free_area[order].nr_free++;
888 }
889
890 /*
891  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
892  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
893  * check if necessary.
894  */
895 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
896                                         unsigned long check_flags)
897 {
898         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
899                 return false;
900
901         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
902                         page_ref_count(page) |
903 #ifdef CONFIG_MEMCG
904                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
905 #endif
906                         (page->flags & check_flags)))
907                 return false;
908
909         return true;
910 }
911
912 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
913 {
914         const char *bad_reason;
915         unsigned long bad_flags;
916
917         bad_reason = NULL;
918         bad_flags = 0;
919
920         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
921                 bad_reason = "nonzero mapcount";
922         if (unlikely(page->mapping != NULL))
923                 bad_reason = "non-NULL mapping";
924         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
925                 bad_reason = "nonzero _refcount";
926         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
927                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
928                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
929         }
930 #ifdef CONFIG_MEMCG
931         if (unlikely(page->mem_cgroup))
932                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
933 #endif
934         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
935 }
936
937 static inline int free_pages_check(struct page *page)
938 {
939         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
940                 return 0;
941
942         /* Something has gone sideways, find it */
943         free_pages_check_bad(page);
944         return 1;
945 }
946
947 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
948 {
949         int ret = 1;
950
951         /*
952          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
953          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
954          */
955         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
956
957         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
958                 ret = 0;
959                 goto out;
960         }
961         switch (page - head_page) {
962         case 1:
963                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
964                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
965                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
966                         goto out;
967                 }
968                 break;
969         case 2:
970                 /*
971                  * the second tail page: ->mapping is
972                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
973                  */
974                 break;
975         default:
976                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
977                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
978                         goto out;
979                 }
980                 break;
981         }
982         if (unlikely(!PageTail(page))) {
983                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
984                 goto out;
985         }
986         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
987                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
988                 goto out;
989         }
990         ret = 0;
991 out:
992         page->mapping = NULL;
993         clear_compound_head(page);
994         return ret;
995 }
996
997 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
998                                         unsigned int order, bool check_free)
999 {
1000         int bad = 0;
1001
1002         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1003
1004         trace_mm_page_free(page, order);
1005         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1006
1007         /*
1008          * Check tail pages before head page information is cleared to
1009          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1010          */
1011         if (unlikely(order)) {
1012                 bool compound = PageCompound(page);
1013                 int i;
1014
1015                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1016
1017                 if (compound)
1018                         ClearPageDoubleMap(page);
1019                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1020                         if (compound)
1021                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1022                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1023                                 bad++;
1024                                 continue;
1025                         }
1026                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1027                 }
1028         }
1029         if (PageMappingFlags(page))
1030                 page->mapping = NULL;
1031         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1032                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1033         if (check_free)
1034                 bad += free_pages_check(page);
1035         if (bad)
1036                 return false;
1037
1038         page_cpupid_reset_last(page);
1039         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1040         reset_page_owner(page, order);
1041
1042         if (!PageHighMem(page)) {
1043                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1044                                            PAGE_SIZE << order);
1045                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1046                                            PAGE_SIZE << order);
1047         }
1048         arch_free_page(page, order);
1049         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1050         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1051         kasan_free_pages(page, order);
1052
1053         return true;
1054 }
1055
1056 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1057 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1058 {
1059         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1060 }
1061
1062 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1063 {
1064         return false;
1065 }
1066 #else
1067 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1068 {
1069         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1070 }
1071
1072 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1073 {
1074         return free_pages_check(page);
1075 }
1076 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1077
1078 /*
1079  * Frees a number of pages from the PCP lists
1080  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1081  * count is the number of pages to free.
1082  *
1083  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1084  * see if this freeing clears that state.
1085  *
1086  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1087  * pinned" detection logic.
1088  */
1089 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1090                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1091 {
1092         int migratetype = 0;
1093         int batch_free = 0;
1094         bool isolated_pageblocks;
1095
1096         spin_lock(&zone->lock);
1097         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1098
1099         while (count) {
1100                 struct page *page;
1101                 struct list_head *list;
1102
1103                 /*
1104                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1105                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1106                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1107                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1108                  * lists
1109                  */
1110                 do {
1111                         batch_free++;
1112                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1113                                 migratetype = 0;
1114                         list = &pcp->lists[migratetype];
1115                 } while (list_empty(list));
1116
1117                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1118                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1119                         batch_free = count;
1120
1121                 do {
1122                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1123
1124                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1125                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1126                         list_del(&page->lru);
1127
1128                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1129                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1130                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1131                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1132                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1133                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1134
1135                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1136                                 continue;
1137
1138                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1139                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1140                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1141         }
1142         spin_unlock(&zone->lock);
1143 }
1144
1145 static void free_one_page(struct zone *zone,
1146                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1147                                 unsigned int order,
1148                                 int migratetype)
1149 {
1150         spin_lock(&zone->lock);
1151         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1152                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1153                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1154         }
1155         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1156         spin_unlock(&zone->lock);
1157 }
1158
1159 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1160                                 unsigned long zone, int nid)
1161 {
1162         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1163         init_page_count(page);
1164         page_mapcount_reset(page);
1165         page_cpupid_reset_last(page);
1166
1167         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1168 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1169         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1170         if (!is_highmem_idx(zone))
1171                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1172 #endif
1173 }
1174
1175 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1176                                         int nid)
1177 {
1178         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1179 }
1180
1181 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1182 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1183 {
1184         pg_data_t *pgdat;
1185         int nid, zid;
1186
1187         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1188                 return;
1189
1190         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1191         pgdat = NODE_DATA(nid);
1192
1193         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1194                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1195
1196                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1197                         break;
1198         }
1199         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1200 }
1201 #else
1202 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1203 {
1204 }
1205 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1206
1207 /*
1208  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1209  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1210  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1211  * sent to the buddy page allocator.
1212  */
1213 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1214 {
1215         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1216         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1217
1218         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1219                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1220                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1221
1222                         init_reserved_page(start_pfn);
1223
1224                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1225                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1226
1227                         SetPageReserved(page);
1228                 }
1229         }
1230 }
1231
1232 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1233 {
1234         unsigned long flags;
1235         int migratetype;
1236         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1237
1238         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1239                 return;
1240
1241         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1242         local_irq_save(flags);
1243         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1244         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1245         local_irq_restore(flags);
1246 }
1247
1248 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1249 {
1250         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1251         struct page *p = page;
1252         unsigned int loop;
1253
1254         prefetchw(p);
1255         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1256                 prefetchw(p + 1);
1257                 __ClearPageReserved(p);
1258                 set_page_count(p, 0);
1259         }
1260         __ClearPageReserved(p);
1261         set_page_count(p, 0);
1262
1263         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1264         set_page_refcounted(page);
1265         __free_pages(page, order);
1266 }
1267
1268 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1269         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1270
1271 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1272
1273 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1274 {
1275         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1276         int nid;
1277
1278         spin_lock(&early_pfn_lock);
1279         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1280         if (nid < 0)
1281                 nid = first_online_node;
1282         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1283
1284         return nid;
1285 }
1286 #endif
1287
1288 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1289 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1290                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1291 {
1292         int nid;
1293
1294         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1295         if (nid >= 0 && nid != node)
1296                 return false;
1297         return true;
1298 }
1299
1300 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1301 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1302 {
1303         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1304 }
1305
1306 #else
1307
1308 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1309 {
1310         return true;
1311 }
1312 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1313                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1314 {
1315         return true;
1316 }
1317 #endif
1318
1319
1320 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1321                                                         unsigned int order)
1322 {
1323         if (early_page_uninitialised(pfn))
1324                 return;
1325         return __free_pages_boot_core(page, order);
1326 }
1327
1328 /*
1329  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1330  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1331  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1332  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1333  * pageblocks.
1334  *
1335  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1336  *
1337  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1338  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1339  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1340  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1341  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1342  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1343  * page in a pageblock.
1344  */
1345 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1346                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1347 {
1348         struct page *start_page;
1349         struct page *end_page;
1350
1351         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1352         end_pfn--;
1353
1354         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1355                 return NULL;
1356
1357         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1358
1359         if (page_zone(start_page) != zone)
1360                 return NULL;
1361
1362         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1363
1364         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1365         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1366                 return NULL;
1367
1368         return start_page;
1369 }
1370
1371 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1372 {
1373         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1374         unsigned long block_end_pfn;
1375
1376         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1377         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1378                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1379                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1380
1381                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1382
1383                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1384                                              block_end_pfn, zone))
1385                         return;
1386         }
1387
1388         /* We confirm that there is no hole */
1389         zone->contiguous = true;
1390 }
1391
1392 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1393 {
1394         zone->contiguous = false;
1395 }
1396
1397 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1398 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1399                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1400 {
1401         int i;
1402
1403         if (!page)
1404                 return;
1405
1406         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1407         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1408             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1409                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1410                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1411                 return;
1412         }
1413
1414         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1415                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1416                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1417                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1418         }
1419 }
1420
1421 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1422 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1423 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1424
1425 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1426 {
1427         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1428                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1429 }
1430
1431 /* Initialise remaining memory on a node */
1432 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1433 {
1434         pg_data_t *pgdat = data;
1435         int nid = pgdat->node_id;
1436         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1437         unsigned long start = jiffies;
1438         unsigned long nr_pages = 0;
1439         unsigned long walk_start, walk_end;
1440         int i, zid;
1441         struct zone *zone;
1442         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1443         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1444
1445         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1446                 pgdat_init_report_one_done();
1447                 return 0;
1448         }
1449
1450         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1451         if (!cpumask_empty(cpumask))
1452                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1453
1454         /* Sanity check boundaries */
1455         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1456         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1457         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1458
1459         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1460         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1461                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1462                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1463                         break;
1464         }
1465
1466         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1467                 unsigned long pfn, end_pfn;
1468                 struct page *page = NULL;
1469                 struct page *free_base_page = NULL;
1470                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1471                 int nr_to_free = 0;
1472
1473                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1474                 pfn = first_init_pfn;
1475                 if (pfn < walk_start)
1476                         pfn = walk_start;
1477                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1478                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1479
1480                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1481                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1482                                 goto free_range;
1483
1484                         /*
1485                          * Ensure pfn_valid is checked every
1486                          * pageblock_nr_pages for memory holes
1487                          */
1488                         if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1489                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1490                                         page = NULL;
1491                                         goto free_range;
1492                                 }
1493                         }
1494
1495                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1496                                 page = NULL;
1497                                 goto free_range;
1498                         }
1499
1500                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1501                         if (page && (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) != 0) {
1502                                 page++;
1503                         } else {
1504                                 nr_pages += nr_to_free;
1505                                 deferred_free_range(free_base_page,
1506                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1507                                 free_base_page = NULL;
1508                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1509
1510                                 page = pfn_to_page(pfn);
1511                                 cond_resched();
1512                         }
1513
1514                         if (page->flags) {
1515                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1516                                 goto free_range;
1517                         }
1518
1519                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1520                         if (!free_base_page) {
1521                                 free_base_page = page;
1522                                 free_base_pfn = pfn;
1523                                 nr_to_free = 0;
1524                         }
1525                         nr_to_free++;
1526
1527                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1528                         continue;
1529 free_range:
1530                         /* Free the current block of pages to allocator */
1531                         nr_pages += nr_to_free;
1532                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1533                                                                 nr_to_free);
1534                         free_base_page = NULL;
1535                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1536                 }
1537                 /* Free the last block of pages to allocator */
1538                 nr_pages += nr_to_free;
1539                 deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn, nr_to_free);
1540
1541                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1542         }
1543
1544         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1545         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1546
1547         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1548                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1549
1550         pgdat_init_report_one_done();
1551         return 0;
1552 }
1553 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1554
1555 void __init page_alloc_init_late(void)
1556 {
1557         struct zone *zone;
1558
1559 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1560         int nid;
1561
1562         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1563         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1564         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1565                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1566         }
1567
1568         /* Block until all are initialised */
1569         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1570
1571         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1572         files_maxfiles_init();
1573 #endif
1574
1575         for_each_populated_zone(zone)
1576                 set_zone_contiguous(zone);
1577 }
1578
1579 #ifdef CONFIG_CMA
1580 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1581 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1582 {
1583         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1584         struct page *p = page;
1585
1586         do {
1587                 __ClearPageReserved(p);
1588                 set_page_count(p, 0);
1589         } while (++p, --i);
1590
1591         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1592
1593         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1594                 i = pageblock_nr_pages;
1595                 p = page;
1596                 do {
1597                         set_page_refcounted(p);
1598                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1599                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1600                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1601         } else {
1602                 set_page_refcounted(page);
1603                 __free_pages(page, pageblock_order);
1604         }
1605
1606         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1607 }
1608 #endif
1609
1610 /*
1611  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1612  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1613  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1614  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1615  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1616  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1617  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1618  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1619  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1620  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1621  *
1622  * -- nyc
1623  */
1624 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1625         int low, int high, struct free_area *area,
1626         int migratetype)
1627 {
1628         unsigned long size = 1 << high;
1629
1630         while (high > low) {
1631                 area--;
1632                 high--;
1633                 size >>= 1;
1634                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1635
1636                 /*
1637                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1638                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1639                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1640                  * pages will stay not present in virtual address space
1641                  */
1642                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1643                         continue;
1644
1645                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1646                 area->nr_free++;
1647                 set_page_order(&page[size], high);
1648         }
1649 }
1650
1651 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1652 {
1653         const char *bad_reason = NULL;
1654         unsigned long bad_flags = 0;
1655
1656         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1657                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1658         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1659                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1660         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1661                 bad_reason = "nonzero _count";
1662         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1663                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1664                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1665                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1666                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1667                 return;
1668         }
1669         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1670                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1671                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1672         }
1673 #ifdef CONFIG_MEMCG
1674         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1675                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1676 #endif
1677         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1678 }
1679
1680 /*
1681  * This page is about to be returned from the page allocator
1682  */
1683 static inline int check_new_page(struct page *page)
1684 {
1685         if (likely(page_expected_state(page,
1686                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1687                 return 0;
1688
1689         check_new_page_bad(page);
1690         return 1;
1691 }
1692
1693 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
1694 {
1695         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1696                 page_poisoning_enabled();
1697 }
1698
1699 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1700 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1701 {
1702         return false;
1703 }
1704
1705 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1706 {
1707         return check_new_page(page);
1708 }
1709 #else
1710 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1711 {
1712         return check_new_page(page);
1713 }
1714 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1715 {
1716         return false;
1717 }
1718 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1719
1720 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1721 {
1722         int i;
1723         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1724                 struct page *p = page + i;
1725
1726                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1727                         return true;
1728         }
1729
1730         return false;
1731 }
1732
1733 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1734                                 gfp_t gfp_flags)
1735 {
1736         set_page_private(page, 0);
1737         set_page_refcounted(page);
1738
1739         arch_alloc_page(page, order);
1740         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1741         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1742         kasan_alloc_pages(page, order);
1743         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1744 }
1745
1746 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1747                                                         unsigned int alloc_flags)
1748 {
1749         int i;
1750
1751         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1752
1753         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1754                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1755                         clear_highpage(page + i);
1756
1757         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1758                 prep_compound_page(page, order);
1759
1760         /*
1761          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1762          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1763          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1764          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1765          */
1766         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1767                 set_page_pfmemalloc(page);
1768         else
1769                 clear_page_pfmemalloc(page);
1770 }
1771
1772 /*
1773  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1774  * the smallest available page from the freelists
1775  */
1776 static inline
1777 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1778                                                 int migratetype)
1779 {
1780         unsigned int current_order;
1781         struct free_area *area;
1782         struct page *page;
1783
1784         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1785         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1786                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1787                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1788                                                         struct page, lru);
1789                 if (!page)
1790                         continue;
1791                 list_del(&page->lru);
1792                 rmv_page_order(page);
1793                 area->nr_free--;
1794                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1795                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1796                 return page;
1797         }
1798
1799         return NULL;
1800 }
1801
1802
1803 /*
1804  * This array describes the order lists are fallen back to when
1805  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1806  */
1807 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1808         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1809         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1810         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1811 #ifdef CONFIG_CMA
1812         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1813 #endif
1814 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1815         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1816 #endif
1817 };
1818
1819 #ifdef CONFIG_CMA
1820 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1821                                         unsigned int order)
1822 {
1823         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1824 }
1825 #else
1826 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1827                                         unsigned int order) { return NULL; }
1828 #endif
1829
1830 /*
1831  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1832  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1833  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1834  */
1835 int move_freepages(struct zone *zone,
1836                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1837                           int migratetype)
1838 {
1839         struct page *page;
1840         unsigned int order;
1841         int pages_moved = 0;
1842
1843 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1844         /*
1845          * page_zone is not safe to call in this context when
1846          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1847          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1848          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1849          * grouping pages by mobility
1850          */
1851         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1852 #endif
1853
1854         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1855                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1856                         page++;
1857                         continue;
1858                 }
1859
1860                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1861                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1862
1863                 if (!PageBuddy(page)) {
1864                         page++;
1865                         continue;
1866                 }
1867
1868                 order = page_order(page);
1869                 list_move(&page->lru,
1870                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1871                 page += 1 << order;
1872                 pages_moved += 1 << order;
1873         }
1874
1875         return pages_moved;
1876 }
1877
1878 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1879                                 int migratetype)
1880 {
1881         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1882         struct page *start_page, *end_page;
1883
1884         start_pfn = page_to_pfn(page);
1885         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1886         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1887         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1888         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1889
1890         /* Do not cross zone boundaries */
1891         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1892                 start_page = page;
1893         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1894                 return 0;
1895
1896         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1897 }
1898
1899 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1900                                         int start_order, int migratetype)
1901 {
1902         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1903
1904         while (nr_pageblocks--) {
1905                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1906                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1907         }
1908 }
1909
1910 /*
1911  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1912  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1913  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1914  *
1915  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1916  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1917  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1918  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1919  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1920  * pageblocks.
1921  */
1922 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1923 {
1924         /*
1925          * Leaving this order check is intended, although there is
1926          * relaxed order check in next check. The reason is that
1927          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1928          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1929          * so could be changed anytime.
1930          */
1931         if (order >= pageblock_order)
1932                 return true;
1933
1934         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1935                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1936                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1937                 page_group_by_mobility_disabled)
1938                 return true;
1939
1940         return false;
1941 }
1942
1943 /*
1944  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1945  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1946  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1947  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1948  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1949  */
1950 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1951                                         int start_type, bool whole_block)
1952 {
1953         unsigned int current_order = page_order(page);
1954         struct free_area *area;
1955         int pages;
1956
1957         /*
1958          * This can happen due to races and we want to prevent broken
1959          * highatomic accounting.
1960          */
1961         if (is_migrate_highatomic_page(page))
1962                 goto single_page;
1963
1964         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1965         if (current_order >= pageblock_order) {
1966                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1967                 goto single_page;
1968         }
1969
1970         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
1971         if (!whole_block)
1972                 goto single_page;
1973
1974         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1975         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
1976         if (!pages)
1977                 goto single_page;
1978
1979         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1980         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1981                         page_group_by_mobility_disabled)
1982                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1983
1984         return;
1985
1986 single_page:
1987         area = &zone->free_area[current_order];
1988         list_move(&page->lru, &area->free_list[start_type]);
1989 }
1990
1991 /*
1992  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1993  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1994  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1995  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1996  */
1997 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1998                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1999 {
2000         int i;
2001         int fallback_mt;
2002
2003         if (area->nr_free == 0)
2004                 return -1;
2005
2006         *can_steal = false;
2007         for (i = 0;; i++) {
2008                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2009                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2010                         break;
2011
2012                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2013                         continue;
2014
2015                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2016                         *can_steal = true;
2017
2018                 if (!only_stealable)
2019                         return fallback_mt;
2020
2021                 if (*can_steal)
2022                         return fallback_mt;
2023         }
2024
2025         return -1;
2026 }
2027
2028 /*
2029  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2030  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2031  */
2032 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2033                                 unsigned int alloc_order)
2034 {
2035         int mt;
2036         unsigned long max_managed, flags;
2037
2038         /*
2039          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2040          * Check is race-prone but harmless.
2041          */
2042         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2043         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2044                 return;
2045
2046         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2047
2048         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2049         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2050                 goto out_unlock;
2051
2052         /* Yoink! */
2053         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2054         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2055             && !is_migrate_cma(mt)) {
2056                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2057                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2058                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2059         }
2060
2061 out_unlock:
2062         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2063 }
2064
2065 /*
2066  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2067  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2068  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2069  * to recover from than an OOM.
2070  *
2071  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2072  * pageblock is exhausted.
2073  */
2074 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2075                                                 bool force)
2076 {
2077         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2078         unsigned long flags;
2079         struct zoneref *z;
2080         struct zone *zone;
2081         struct page *page;
2082         int order;
2083         bool ret;
2084
2085         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2086                                                                 ac->nodemask) {
2087                 /*
2088                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2089                  * is really high.
2090                  */
2091                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2092                                         pageblock_nr_pages)
2093                         continue;
2094
2095                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2096                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2097                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2098
2099                         page = list_first_entry_or_null(
2100                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2101                                         struct page, lru);
2102                         if (!page)
2103                                 continue;
2104
2105                         /*
2106                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2107                          * we can counter several free pages in a pageblock
2108                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2109                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2110                          * adjust the count once.
2111                          */
2112                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2113                                 /*
2114                                  * It should never happen but changes to
2115                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2116                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2117                                  * while unreserving so be safe and watch for
2118                                  * underflows.
2119                                  */
2120                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2121                                                 pageblock_nr_pages,
2122                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2123                         }
2124
2125                         /*
2126                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2127                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2128                          * is doing the work and needs the pages. More
2129                          * importantly, if the block was always converted to
2130                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2131                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2132                          * may increase.
2133                          */
2134                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2135                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2136                         if (ret) {
2137                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2138                                 return ret;
2139                         }
2140                 }
2141                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2142         }
2143
2144         return false;
2145 }
2146
2147 /*
2148  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2149  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2150  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2151  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2152  */
2153 static inline bool
2154 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2155 {
2156         struct free_area *area;
2157         unsigned int current_order;
2158         struct page *page;
2159         int fallback_mt;
2160         bool can_steal;
2161
2162         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2163         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2164                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2165                                 --current_order) {
2166                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2167                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2168                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2169                 if (fallback_mt == -1)
2170                         continue;
2171
2172                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2173                                                 struct page, lru);
2174
2175                 steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype,
2176                                                                 can_steal);
2177
2178                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2179                         start_migratetype, fallback_mt);
2180
2181                 return true;
2182         }
2183
2184         return false;
2185 }
2186
2187 /*
2188  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2189  * Call me with the zone->lock already held.
2190  */
2191 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2192                                 int migratetype)
2193 {
2194         struct page *page;
2195
2196 retry:
2197         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2198         if (unlikely(!page)) {
2199                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2200                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2201
2202                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype))
2203                         goto retry;
2204         }
2205
2206         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2207         return page;
2208 }
2209
2210 /*
2211  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2212  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2213  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2214  */
2215 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2216                         unsigned long count, struct list_head *list,
2217                         int migratetype, bool cold)
2218 {
2219         int i, alloced = 0;
2220
2221         spin_lock(&zone->lock);
2222         for (i = 0; i < count; ++i) {
2223                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2224                 if (unlikely(page == NULL))
2225                         break;
2226
2227                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2228                         continue;
2229
2230                 /*
2231                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2232                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2233                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2234                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2235                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2236                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2237                  * properly.
2238                  */
2239                 if (likely(!cold))
2240                         list_add(&page->lru, list);
2241                 else
2242                         list_add_tail(&page->lru, list);
2243                 list = &page->lru;
2244                 alloced++;
2245                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2246                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2247                                               -(1 << order));
2248         }
2249
2250         /*
2251          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2252          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2253          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2254          * pages added to the pcp list.
2255          */
2256         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2257         spin_unlock(&zone->lock);
2258         return alloced;
2259 }
2260
2261 #ifdef CONFIG_NUMA
2262 /*
2263  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2264  * currently executing processor on remote nodes after they have
2265  * expired.
2266  *
2267  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2268  * a single processor.
2269  */
2270 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2271 {
2272         unsigned long flags;
2273         int to_drain, batch;
2274
2275         local_irq_save(flags);
2276         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2277         to_drain = min(pcp->count, batch);
2278         if (to_drain > 0) {
2279                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2280                 pcp->count -= to_drain;
2281         }
2282         local_irq_restore(flags);
2283 }
2284 #endif
2285
2286 /*
2287  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2288  *
2289  * The processor must either be the current processor and the
2290  * thread pinned to the current processor or a processor that
2291  * is not online.
2292  */
2293 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2294 {
2295         unsigned long flags;
2296         struct per_cpu_pageset *pset;
2297         struct per_cpu_pages *pcp;
2298
2299         local_irq_save(flags);
2300         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2301
2302         pcp = &pset->pcp;
2303         if (pcp->count) {
2304                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2305                 pcp->count = 0;
2306         }
2307         local_irq_restore(flags);
2308 }
2309
2310 /*
2311  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2312  *
2313  * The processor must either be the current processor and the
2314  * thread pinned to the current processor or a processor that
2315  * is not online.
2316  */
2317 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2318 {
2319         struct zone *zone;
2320
2321         for_each_populated_zone(zone) {
2322                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2323         }
2324 }
2325
2326 /*
2327  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2328  *
2329  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2330  * the single zone's pages.
2331  */
2332 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2333 {
2334         int cpu = smp_processor_id();
2335
2336         if (zone)
2337                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2338         else
2339                 drain_pages(cpu);
2340 }
2341
2342 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2343 {
2344         /*
2345          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2346          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2347          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2348          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2349          * a different one.
2350          */
2351         preempt_disable();
2352         drain_local_pages(NULL);
2353         preempt_enable();
2354 }
2355
2356 /*
2357  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2358  *
2359  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2360  *
2361  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2362  */
2363 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2364 {
2365         int cpu;
2366
2367         /*
2368          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2369          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2370          */
2371         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2372
2373         /*
2374          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2375          * initialized.
2376          */
2377         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2378                 return;
2379
2380         /* Workqueues cannot recurse */
2381         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
2382                 return;
2383
2384         /*
2385          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2386          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2387          * the drain to be complete when the call returns.
2388          */
2389         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2390                 if (!zone)
2391                         return;
2392                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2393         }
2394
2395         /*
2396          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2397          * as offline notification will cause the notified
2398          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2399          * disables preemption as part of its processing
2400          */
2401         for_each_online_cpu(cpu) {
2402                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2403                 struct zone *z;
2404                 bool has_pcps = false;
2405
2406                 if (zone) {
2407                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2408                         if (pcp->pcp.count)
2409                                 has_pcps = true;
2410                 } else {
2411                         for_each_populated_zone(z) {
2412                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2413                                 if (pcp->pcp.count) {
2414                                         has_pcps = true;
2415                                         break;
2416                                 }
2417                         }
2418                 }
2419
2420                 if (has_pcps)
2421                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2422                 else
2423                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2424         }
2425
2426         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2427                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2428                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2429                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2430         }
2431         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2432                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2433
2434         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2435 }
2436
2437 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2438
2439 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2440 {
2441         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2442         unsigned long flags;
2443         unsigned int order, t;
2444         struct page *page;
2445
2446         if (zone_is_empty(zone))
2447                 return;
2448
2449         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2450
2451         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2452         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2453                 if (pfn_valid(pfn)) {
2454                         page = pfn_to_page(pfn);
2455
2456                         if (page_zone(page) != zone)
2457                                 continue;
2458
2459                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2460                                 swsusp_unset_page_free(page);
2461                 }
2462
2463         for_each_migratetype_order(order, t) {
2464                 list_for_each_entry(page,
2465                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2466                         unsigned long i;
2467
2468                         pfn = page_to_pfn(page);
2469                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2470                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2471                 }
2472         }
2473         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2474 }
2475 #endif /* CONFIG_PM */
2476
2477 /*
2478  * Free a 0-order page
2479  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2480  */
2481 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2482 {
2483         struct zone *zone = page_zone(page);
2484         struct per_cpu_pages *pcp;
2485         unsigned long flags;
2486         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2487         int migratetype;
2488
2489         if (!free_pcp_prepare(page))
2490                 return;
2491
2492         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2493         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2494         local_irq_save(flags);
2495         __count_vm_event(PGFREE);
2496
2497         /*
2498          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2499          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2500          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2501          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2502          * excessively into the page allocator
2503          */
2504         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2505                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2506                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2507                         goto out;
2508                 }
2509                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2510         }
2511
2512         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2513         if (!cold)
2514                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2515         else
2516                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2517         pcp->count++;
2518         if (pcp->count >= pcp->high) {
2519                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2520                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2521                 pcp->count -= batch;
2522         }
2523
2524 out:
2525         local_irq_restore(flags);
2526 }
2527
2528 /*
2529  * Free a list of 0-order pages
2530  */
2531 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2532 {
2533         struct page *page, *next;
2534
2535         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2536                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2537                 free_hot_cold_page(page, cold);
2538         }
2539 }
2540
2541 /*
2542  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2543  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2544  * Each sub-page must be freed individually.
2545  *
2546  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2547  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2548  */
2549 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2550 {
2551         int i;
2552
2553         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2554         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2555
2556 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2557         /*
2558          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2559          * otherwise free the whole shadow.
2560          */
2561         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2562                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2563 #endif
2564
2565         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2566                 set_page_refcounted(page + i);
2567         split_page_owner(page, order);
2568 }
2569 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2570
2571 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2572 {
2573         unsigned long watermark;
2574         struct zone *zone;
2575         int mt;
2576
2577         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2578
2579         zone = page_zone(page);
2580         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2581
2582         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2583                 /*
2584                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2585                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2586                  * watermark, because we already know our high-order page
2587                  * exists.
2588                  */
2589                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2590                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2591                         return 0;
2592
2593                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2594         }
2595
2596         /* Remove page from free list */
2597         list_del(&page->lru);
2598         zone->free_area[order].nr_free--;
2599         rmv_page_order(page);
2600
2601         /*
2602          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2603          * pageblock
2604          */
2605         if (order >= pageblock_order - 1) {
2606                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2607                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2608                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2609                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2610                             && !is_migrate_highatomic(mt))
2611                                 set_pageblock_migratetype(page,
2612                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2613                 }
2614         }
2615
2616
2617         return 1UL << order;
2618 }
2619
2620 /*
2621  * Update NUMA hit/miss statistics
2622  *
2623  * Must be called with interrupts disabled.
2624  */
2625 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2626 {
2627 #ifdef CONFIG_NUMA
2628         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2629
2630         if (z->node != numa_node_id())
2631                 local_stat = NUMA_OTHER;
2632
2633         if (z->node == preferred_zone->node)
2634                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2635         else {
2636                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2637                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2638         }
2639         __inc_zone_state(z, local_stat);
2640 #endif
2641 }
2642
2643 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2644 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2645                         bool cold, struct per_cpu_pages *pcp,
2646                         struct list_head *list)
2647 {
2648         struct page *page;
2649
2650         do {
2651                 if (list_empty(list)) {
2652                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2653                                         pcp->batch, list,
2654                                         migratetype, cold);
2655                         if (unlikely(list_empty(list)))
2656                                 return NULL;
2657                 }
2658
2659                 if (cold)
2660                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2661                 else
2662                         page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2663
2664                 list_del(&page->lru);
2665                 pcp->count--;
2666         } while (check_new_pcp(page));
2667
2668         return page;
2669 }
2670
2671 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2672 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2673                         struct zone *zone, unsigned int order,
2674                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2675 {
2676         struct per_cpu_pages *pcp;
2677         struct list_head *list;
2678         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2679         struct page *page;
2680         unsigned long flags;
2681
2682         local_irq_save(flags);
2683         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2684         list = &pcp->lists[migratetype];
2685         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, cold, pcp, list);
2686         if (page) {
2687                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2688                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2689         }
2690         local_irq_restore(flags);
2691         return page;
2692 }
2693
2694 /*
2695  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2696  */
2697 static inline
2698 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2699                         struct zone *zone, unsigned int order,
2700                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2701                         int migratetype)
2702 {
2703         unsigned long flags;
2704         struct page *page;
2705
2706         if (likely(order == 0)) {
2707                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2708                                 gfp_flags, migratetype);
2709                 goto out;
2710         }
2711
2712         /*
2713          * We most definitely don't want callers attempting to
2714          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2715          */
2716         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2717         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2718
2719         do {
2720                 page = NULL;
2721                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2722                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2723                         if (page)
2724                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2725                 }
2726                 if (!page)
2727                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2728         } while (page && check_new_pages(page, order));
2729         spin_unlock(&zone->lock);
2730         if (!page)
2731                 goto failed;
2732         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2733                                   get_pcppage_migratetype(page));
2734
2735         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2736         zone_statistics(preferred_zone, zone);
2737         local_irq_restore(flags);
2738
2739 out:
2740         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
2741         return page;
2742
2743 failed:
2744         local_irq_restore(flags);
2745         return NULL;
2746 }
2747
2748 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2749
2750 static struct {
2751         struct fault_attr attr;
2752
2753         bool ignore_gfp_highmem;
2754         bool ignore_gfp_reclaim;
2755         u32 min_order;
2756 } fail_page_alloc = {
2757         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2758         .ignore_gfp_reclaim = true,
2759         .ignore_gfp_highmem = true,
2760         .min_order = 1,
2761 };
2762
2763 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2764 {
2765         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2766 }
2767 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2768
2769 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2770 {
2771         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2772                 return false;
2773         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2774                 return false;
2775         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2776                 return false;
2777         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2778                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2779                 return false;
2780
2781         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2782 }
2783
2784 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2785
2786 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2787 {
2788         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2789         struct dentry *dir;
2790
2791         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2792                                         &fail_page_alloc.attr);
2793         if (IS_ERR(dir))
2794                 return PTR_ERR(dir);
2795
2796         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2797                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2798                 goto fail;
2799         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2800                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2801                 goto fail;
2802         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2803                                 &fail_page_alloc.min_order))
2804                 goto fail;
2805
2806         return 0;
2807 fail:
2808         debugfs_remove_recursive(dir);
2809
2810         return -ENOMEM;
2811 }
2812
2813 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2814
2815 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2816
2817 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2818
2819 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2820 {
2821         return false;
2822 }
2823
2824 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2825
2826 /*
2827  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2828  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2829  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2830  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2831  */
2832 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2833                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2834                          long free_pages)
2835 {
2836         long min = mark;
2837         int o;
2838         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2839
2840         /* free_pages may go negative - that's OK */
2841         free_pages -= (1 << order) - 1;
2842
2843         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2844                 min -= min / 2;
2845
2846         /*
2847          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2848          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2849          * atomic reserve but it avoids a search.
2850          */
2851         if (likely(!alloc_harder))
2852                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2853         else
2854                 min -= min / 4;
2855
2856 #ifdef CONFIG_CMA
2857         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2858         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2859                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2860 #endif
2861
2862         /*
2863          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2864          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2865          * even if a suitable page happened to be free.
2866          */
2867         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2868                 return false;
2869
2870         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2871         if (!order)
2872                 return true;
2873
2874         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2875         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2876                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2877                 int mt;
2878
2879                 if (!area->nr_free)
2880                         continue;
2881
2882                 if (alloc_harder)
2883                         return true;
2884
2885                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2886                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2887                                 return true;
2888                 }
2889
2890 #ifdef CONFIG_CMA
2891                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2892                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2893                         return true;
2894                 }
2895 #endif
2896         }
2897         return false;
2898 }
2899
2900 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2901                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2902 {
2903         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2904                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2905 }
2906
2907 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2908                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2909 {
2910         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2911         long cma_pages = 0;
2912
2913 #ifdef CONFIG_CMA
2914         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2915         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2916                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2917 #endif
2918
2919         /*
2920          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2921          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2922          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2923          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2924          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2925          */
2926         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2927                 return true;
2928
2929         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2930                                         free_pages);
2931 }
2932
2933 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2934                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2935 {
2936         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2937
2938         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2939                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2940
2941         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2942                                                                 free_pages);
2943 }
2944
2945 #ifdef CONFIG_NUMA
2946 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2947 {
2948         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
2949                                 RECLAIM_DISTANCE;
2950 }
2951 #else   /* CONFIG_NUMA */
2952 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2953 {
2954         return true;
2955 }
2956 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2957
2958 /*
2959  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2960  * a page.
2961  */
2962 static struct page *
2963 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2964                                                 const struct alloc_context *ac)
2965 {
2966         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2967         struct zone *zone;
2968         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
2969
2970         /*
2971          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2972          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2973          */
2974         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2975                                                                 ac->nodemask) {
2976                 struct page *page;
2977                 unsigned long mark;
2978
2979                 if (cpusets_enabled() &&
2980                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2981                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2982                                 continue;
2983                 /*
2984                  * When allocating a page cache page for writing, we
2985                  * want to get it from a node that is within its dirty
2986                  * limit, such that no single node holds more than its
2987                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2988                  * The dirty limits take into account the node's
2989                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2990                  * should be able to balance it without having to
2991                  * write pages from its LRU list.
2992                  *
2993                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2994                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
2995                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2996                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2997                  * nodes are together not big enough to reach the
2998                  * global limit.  The proper fix for these situations
2999                  * will require awareness of nodes in the
3000                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3001                  */
3002                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3003                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3004                                 continue;
3005
3006                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3007                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3008                                 continue;
3009                         }
3010                 }
3011
3012                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3013                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3014                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3015                         int ret;
3016
3017                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3018                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3019                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3020                                 goto try_this_zone;
3021
3022                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3023                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3024                                 continue;
3025
3026                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3027                         switch (ret) {
3028                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3029                                 /* did not scan */
3030                                 continue;
3031                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3032                                 /* scanned but unreclaimable */
3033                                 continue;
3034                         default:
3035                                 /* did we reclaim enough */
3036                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3037                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3038                                         goto try_this_zone;
3039
3040                                 continue;
3041                         }
3042                 }
3043
3044 try_this_zone:
3045                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3046                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3047                 if (page) {
3048                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3049
3050                         /*
3051                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3052                          * if the pageblock should be reserved for the future
3053                          */
3054                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3055                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3056
3057                         return page;
3058                 }
3059         }
3060
3061         return NULL;
3062 }
3063
3064 /*
3065  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3066  * meminfo in irq context.
3067  */
3068 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3069 {
3070         bool ret = false;
3071
3072 #if NODES_SHIFT > 8
3073         ret = in_interrupt();
3074 #endif
3075         return ret;
3076 }
3077
3078 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3079 {
3080         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3081         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3082
3083         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3084                 return;
3085
3086         /*
3087          * This documents exceptions given to allocations in certain
3088          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3089          * of allowed nodes.
3090          */
3091         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3092                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3093                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3094                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3095         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3096                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3097
3098         show_mem(filter, nodemask);
3099 }
3100
3101 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3102 {
3103         struct va_format vaf;
3104         va_list args;
3105         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3106                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3107
3108         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3109                 return;
3110
3111         pr_warn("%s: ", current->comm);
3112
3113         va_start(args, fmt);
3114         vaf.fmt = fmt;
3115         vaf.va = &args;
3116         pr_cont("%pV", &vaf);
3117         va_end(args);
3118
3119         pr_cont(", mode:%#x(%pGg), nodemask=", gfp_mask, &gfp_mask);
3120         if (nodemask)
3121                 pr_cont("%*pbl\n", nodemask_pr_args(nodemask));
3122         else
3123                 pr_cont("(null)\n");
3124
3125         cpuset_print_current_mems_allowed();
3126
3127         dump_stack();
3128         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3129 }
3130
3131 static inline struct page *
3132 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3133                               unsigned int alloc_flags,
3134                               const struct alloc_context *ac)
3135 {
3136         struct page *page;
3137
3138         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3139                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3140         /*
3141          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3142          * are depleted
3143          */
3144         if (!page)
3145                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3146                                 alloc_flags, ac);
3147
3148         return page;
3149 }
3150
3151 static inline struct page *
3152 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3153         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3154 {
3155         struct oom_control oc = {
3156                 .zonelist = ac->zonelist,
3157                 .nodemask = ac->nodemask,
3158                 .memcg = NULL,
3159                 .gfp_mask = gfp_mask,
3160                 .order = order,
3161         };
3162         struct page *page;
3163
3164         *did_some_progress = 0;
3165
3166         /*
3167          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3168          * making progress for us.
3169          */
3170         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3171                 *did_some_progress = 1;
3172                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3173                 return NULL;
3174         }
3175
3176         /*
3177          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3178          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3179          * we're still under heavy pressure.
3180          */
3181         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3182                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3183         if (page)
3184                 goto out;
3185
3186         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3187         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3188                 goto out;
3189         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3190         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3191                 goto out;
3192         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3193         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3194                 goto out;
3195         if (pm_suspended_storage())
3196                 goto out;
3197         /*
3198          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3199          * other request to make a forward progress.
3200          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3201          * do much for this context but let's try it to at least get
3202          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3203          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3204          * failures more gracefully we should just bail out here.
3205          */
3206
3207         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3208         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3209                 goto out;
3210
3211         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3212         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3213                 *did_some_progress = 1;
3214
3215                 /*
3216                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3217                  * reserves
3218                  */
3219                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3220                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3221                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3222         }
3223 out:
3224         mutex_unlock(&oom_lock);
3225         return page;
3226 }
3227
3228 /*
3229  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3230  * killer is consider as the only way to move forward.
3231  */
3232 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3233
3234 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3235 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3236 static struct page *
3237 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3238                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3239                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3240 {
3241         struct page *page;
3242
3243         if (!order)
3244                 return NULL;
3245
3246         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3247         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3248                                                                         prio);
3249         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3250
3251         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3252                 return NULL;
3253
3254         /*
3255          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3256          * count a compaction stall
3257          */
3258         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3259
3260         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3261
3262         if (page) {
3263                 struct zone *zone = page_zone(page);
3264
3265                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3266                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3267                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3268                 return page;
3269         }
3270
3271         /*
3272          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3273          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3274          */
3275         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3276
3277         cond_resched();
3278
3279         return NULL;
3280 }
3281
3282 static inline bool
3283 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3284                      enum compact_result compact_result,
3285                      enum compact_priority *compact_priority,
3286                      int *compaction_retries)
3287 {
3288         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3289         int min_priority;
3290         bool ret = false;
3291         int retries = *compaction_retries;
3292         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3293
3294         if (!order)
3295                 return false;
3296
3297         if (compaction_made_progress(compact_result))
3298                 (*compaction_retries)++;
3299
3300         /*
3301          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3302          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3303          * failure could be caused by insufficient priority
3304          */
3305         if (compaction_failed(compact_result))
3306                 goto check_priority;
3307
3308         /*
3309          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3310          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3311          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3312          * compaction.
3313          */
3314         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3315                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3316                 goto out;
3317         }
3318
3319         /*
3320          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3321          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3322          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3323          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3324          * would need much more detailed feedback from compaction to
3325          * make a better decision.
3326          */
3327         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3328                 max_retries /= 4;
3329         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3330                 ret = true;
3331                 goto out;
3332         }
3333
3334         /*
3335          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3336          * all retries or failed at the lower priorities.
3337          */
3338 check_priority:
3339         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3340                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3341
3342         if (*compact_priority > min_priority) {
3343                 (*compact_priority)--;
3344                 *compaction_retries = 0;
3345                 ret = true;
3346         }
3347 out:
3348         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3349         return ret;
3350 }
3351 #else
3352 static inline struct page *
3353 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3354                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3355                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3356 {
3357         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3358         return NULL;
3359 }
3360
3361 static inline bool
3362 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3363                      enum compact_result compact_result,
3364                      enum compact_priority *compact_priority,
3365                      int *compaction_retries)
3366 {
3367         struct zone *zone;
3368         struct zoneref *z;
3369
3370         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3371                 return false;
3372
3373         /*
3374          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3375          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3376          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3377          * watermarks are OK.
3378          */
3379         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3380                                         ac->nodemask) {
3381                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3382                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3383                         return true;
3384         }
3385         return false;
3386 }
3387 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3388
3389 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3390 static int
3391 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3392                                         const struct alloc_context *ac)
3393 {
3394         struct reclaim_state reclaim_state;
3395         int progress;
3396
3397         cond_resched();
3398
3399         /* We now go into synchronous reclaim */
3400         cpuset_memory_pressure_bump();
3401         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3402         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3403         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3404         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3405
3406         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3407                                                                 ac->nodemask);
3408
3409         current->reclaim_state = NULL;
3410         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3411         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3412
3413         cond_resched();
3414
3415         return progress;
3416 }
3417
3418 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3419 static inline struct page *
3420 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3421                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3422                 unsigned long *did_some_progress)
3423 {
3424         struct page *page = NULL;
3425         bool drained = false;
3426
3427         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3428         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3429                 return NULL;
3430
3431 retry:
3432         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3433
3434         /*
3435          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3436          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3437          * Shrink them them and try again
3438          */
3439         if (!page && !drained) {
3440                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3441                 drain_all_pages(NULL);
3442                 drained = true;
3443                 goto retry;
3444         }
3445
3446         return page;
3447 }
3448
3449 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3450 {
3451         struct zoneref *z;
3452         struct zone *zone;
3453         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3454
3455         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3456                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3457                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3458                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3459                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3460         }
3461 }
3462
3463 static inline unsigned int
3464 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3465 {
3466         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3467
3468         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3469         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3470
3471         /*
3472          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3473          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3474          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3475          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3476          */
3477         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3478
3479         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3480                 /*
3481                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3482                  * if it can't schedule.
3483                  */
3484                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3485                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3486                 /*
3487                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3488                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3489                  */
3490                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3491         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3492                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3493
3494 #ifdef CONFIG_CMA
3495         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3496                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3497 #endif
3498         return alloc_flags;
3499 }
3500
3501 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3502 {
3503         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3504                 return false;
3505
3506         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3507                 return true;
3508         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3509                 return true;
3510         if (!in_interrupt() &&
3511                         ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3512                          unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3513                 return true;
3514
3515         return false;
3516 }
3517
3518 /*
3519  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3520  * for the given allocation request.
3521  *
3522  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3523  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3524  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3525  *
3526  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3527  */
3528 static inline bool
3529 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3530                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3531                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3532 {
3533         struct zone *zone;
3534         struct zoneref *z;
3535
3536         /*
3537          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3538          * their order will become available due to high fragmentation so
3539          * always increment the no progress counter for them
3540          */
3541         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3542                 *no_progress_loops = 0;
3543         else
3544                 (*no_progress_loops)++;
3545
3546         /*
3547          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3548          * several times in the row.
3549          */
3550         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3551                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3552                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3553         }
3554
3555         /*
3556          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3557          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3558          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3559          * screwed and have to go OOM.
3560          */
3561         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3562                                         ac->nodemask) {
3563                 unsigned long available;
3564                 unsigned long reclaimable;
3565                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3566                 bool wmark;
3567
3568                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3569                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3570
3571                 /*
3572                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3573                  * reclaimable pages?
3574                  */
3575                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3576                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3577                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3578                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3579                 if (wmark) {
3580                         /*
3581                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3582                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3583                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3584                          * prevent from pre mature OOM
3585                          */
3586                         if (!did_some_progress) {
3587                                 unsigned long write_pending;
3588
3589                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3590                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3591
3592                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3593                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3594                                         return true;
3595                                 }
3596                         }
3597
3598                         /*
3599                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3600                          * context and the current implementation of the WQ
3601                          * concurrency control doesn't recognize that
3602                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3603                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3604                          * do a short sleep here rather than calling
3605                          * cond_resched().
3606                          */
3607                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3608                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3609                         else
3610                                 cond_resched();
3611
3612                         return true;
3613                 }
3614         }
3615
3616         return false;
3617 }
3618
3619 static inline struct page *
3620 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3621                                                 struct alloc_context *ac)
3622 {
3623         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3624         struct page *page = NULL;
3625         unsigned int alloc_flags;
3626         unsigned long did_some_progress;
3627         enum compact_priority compact_priority;
3628         enum compact_result compact_result;
3629         int compaction_retries;
3630         int no_progress_loops;
3631         unsigned long alloc_start = jiffies;
3632         unsigned int stall_timeout = 10 * HZ;
3633         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3634
3635         /*
3636          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3637          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3638          * be using allocators in order of preference for an area that is
3639          * too large.
3640          */
3641         if (order >= MAX_ORDER) {
3642                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3643                 return NULL;
3644         }
3645
3646         /*
3647          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3648          * callers that are not in atomic context.
3649          */
3650         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3651                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3652                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3653
3654 retry_cpuset:
3655         compaction_retries = 0;
3656         no_progress_loops = 0;
3657         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3658         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3659
3660         /*
3661          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3662          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3663          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3664          */
3665         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3666
3667         /*
3668          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
3669          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
3670          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
3671          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
3672          */
3673         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3674                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3675         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
3676                 goto nopage;
3677
3678         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3679                 wake_all_kswapds(order, ac);
3680
3681         /*
3682          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3683          * that first
3684          */
3685         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3686         if (page)
3687                 goto got_pg;
3688
3689         /*
3690          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3691          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. Don't try
3692          * that for allocations that are allowed to ignore watermarks, as the
3693          * ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3694          */
3695         if (can_direct_reclaim && order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3696                 !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3697                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3698                                                 alloc_flags, ac,
3699                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3700                                                 &compact_result);
3701                 if (page)
3702                         goto got_pg;
3703
3704                 /*
3705                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3706                  * includes THP page fault allocations
3707                  */
3708                 if (gfp_mask & __GFP_NORETRY) {
3709                         /*
3710                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
3711                          * it is because sync compaction recently failed. If
3712                          * this is the case and the caller requested a THP
3713                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
3714                          * system, so we fail the allocation instead of entering
3715                          * direct reclaim.
3716                          */
3717                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3718                                 goto nopage;
3719
3720                         /*
3721                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
3722                          * sync compaction could be very expensive, so keep
3723                          * using async compaction.
3724                          */
3725                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
3726                 }
3727         }
3728
3729 retry:
3730         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
3731         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3732                 wake_all_kswapds(order, ac);
3733
3734         if (gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask))
3735                 alloc_flags = ALLOC_NO_WATERMARKS;
3736
3737         /*
3738          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3739          * These allocations are high priority and system rather than user
3740          * orientated.
3741          */
3742         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
3743                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3744                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3745                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3746         }
3747
3748         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
3749         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3750         if (page)
3751                 goto got_pg;
3752
3753         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3754         if (!can_direct_reclaim)
3755                 goto nopage;
3756
3757         /* Make sure we know about allocations which stall for too long */
3758         if (time_after(jiffies, alloc_start + stall_timeout)) {
3759                 warn_alloc(gfp_mask & ~__GFP_NOWARN, ac->nodemask,
3760                         "page allocation stalls for %ums, order:%u",
3761                         jiffies_to_msecs(jiffies-alloc_start), order);
3762                 stall_timeout += 10 * HZ;
3763         }
3764
3765         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3766         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3767                 goto nopage;
3768
3769         /* Try direct reclaim and then allocating */
3770         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3771                                                         &did_some_progress);
3772         if (page)
3773                 goto got_pg;
3774
3775         /* Try direct compaction and then allocating */
3776         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3777                                         compact_priority, &compact_result);
3778         if (page)
3779                 goto got_pg;
3780
3781         /* Do not loop if specifically requested */
3782         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3783                 goto nopage;
3784
3785         /*
3786          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3787          * __GFP_REPEAT
3788          */
3789         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3790                 goto nopage;
3791
3792         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3793                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
3794                 goto retry;
3795
3796         /*
3797          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3798          * reclaim is not able to make any progress because the current
3799          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3800          * of free memory (see __compaction_suitable)
3801          */
3802         if (did_some_progress > 0 &&
3803                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3804                                 compact_result, &compact_priority,
3805                                 &compaction_retries))
3806                 goto retry;
3807
3808         /*
3809          * It's possible we raced with cpuset update so the OOM would be
3810          * premature (see below the nopage: label for full explanation).
3811          */
3812         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3813                 goto retry_cpuset;
3814
3815         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3816         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3817         if (page)
3818                 goto got_pg;
3819
3820         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3821         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3822                 goto nopage;
3823
3824         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3825         if (did_some_progress) {
3826                 no_progress_loops = 0;
3827                 goto retry;
3828         }
3829
3830 nopage:
3831         /*
3832          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
3833          * possible to race with parallel threads in such a way that our
3834          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
3835          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
3836          * retry.
3837          */
3838         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3839                 goto retry_cpuset;
3840
3841         /*
3842          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
3843          * we always retry
3844          */
3845         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3846                 /*
3847                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3848                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
3849                  */
3850                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
3851                         goto fail;
3852
3853                 /*
3854                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
3855                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3856                  * for somebody to do a work for us
3857                  */
3858                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
3859
3860                 /*
3861                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
3862                  * are not prepared for much so let's warn about these users
3863                  * so that we can identify them and convert them to something
3864                  * else.
3865                  */
3866                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3867
3868                 /*
3869                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3870                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
3871                  * could deplete whole memory reserves which would just make
3872                  * the situation worse
3873                  */
3874                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
3875                 if (page)
3876                         goto got_pg;
3877
3878                 cond_resched();
3879                 goto retry;
3880         }
3881 fail:
3882         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
3883                         "page allocation failure: order:%u", order);
3884 got_pg:
3885         return page;
3886 }
3887
3888 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3889                 struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask,
3890                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
3891                 unsigned int *alloc_flags)
3892 {
3893         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
3894         ac->zonelist = zonelist;
3895         ac->nodemask = nodemask;
3896         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
3897
3898         if (cpusets_enabled()) {
3899                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3900                 if (!ac->nodemask)
3901                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3902                 else
3903                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3904         }
3905
3906         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3907
3908         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3909
3910         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3911                 return false;
3912
3913         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3914                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3915
3916         return true;
3917 }
3918
3919 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
3920 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask,
3921                 unsigned int order, struct alloc_context *ac)
3922 {
3923         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3924         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3925
3926         /*
3927          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3928          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3929          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3930          */
3931         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3932                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3933 }
3934
3935 /*
3936  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3937  */
3938 struct page *
3939 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3940                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3941 {
3942         struct page *page;
3943         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3944         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3945         struct alloc_context ac = { };
3946
3947         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3948         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, zonelist, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
3949                 return NULL;
3950
3951         finalise_ac(gfp_mask, order, &ac);
3952
3953         /* First allocation attempt */
3954         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3955         if (likely(page))
3956                 goto out;
3957
3958         /*
3959          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
3960          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
3961          * from a particular context which has been marked by
3962          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
3963          */
3964         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3965         ac.spread_dirty_pages = false;
3966
3967         /*
3968          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3969          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3970          */
3971         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
3972                 ac.nodemask = nodemask;
3973
3974         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3975
3976 out:
3977         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
3978             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
3979                 __free_pages(page, order);
3980                 page = NULL;
3981         }
3982
3983         if (kmemcheck_enabled && page)
3984                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3985
3986         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3987
3988         return page;
3989 }
3990 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3991
3992 /*
3993  * Common helper functions.
3994  */
3995 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3996 {
3997         struct page *page;
3998
3999         /*
4000          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
4001          * a highmem page
4002          */
4003         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
4004
4005         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4006         if (!page)
4007                 return 0;
4008         return (unsigned long) page_address(page);
4009 }
4010 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4011
4012 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4013 {
4014         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4015 }
4016 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4017
4018 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4019 {
4020         if (put_page_testzero(page)) {
4021                 if (order == 0)
4022                         free_hot_cold_page(page, false);
4023                 else
4024                         __free_pages_ok(page, order);
4025         }
4026 }
4027
4028 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4029
4030 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4031 {
4032         if (addr != 0) {
4033                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4034                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4035         }
4036 }
4037
4038 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4039
4040 /*
4041  * Page Fragment:
4042  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4043  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4044  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4045  *
4046  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4047  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4048  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4049  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4050  */
4051 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4052                                              gfp_t gfp_mask)
4053 {
4054         struct page *page = NULL;
4055         gfp_t gfp = gfp_mask;
4056
4057 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4058         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4059                     __GFP_NOMEMALLOC;
4060         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4061                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4062         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4063 #endif
4064         if (unlikely(!page))
4065                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4066
4067         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4068
4069         return page;
4070 }
4071
4072 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4073 {
4074         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4075
4076         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4077                 unsigned int order = compound_order(page);
4078
4079                 if (order == 0)
4080                         free_hot_cold_page(page, false);
4081                 else
4082                         __free_pages_ok(page, order);
4083         }
4084 }
4085 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4086
4087 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4088                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4089 {
4090         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4091         struct page *page;
4092         int offset;
4093
4094         if (unlikely(!nc->va)) {
4095 refill:
4096                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4097                 if (!page)
4098                         return NULL;
4099
4100 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4101                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4102                 size = nc->size;
4103 #endif
4104                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4105                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4106                  */
4107                 page_ref_add(page, size - 1);
4108
4109                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4110                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4111                 nc->pagecnt_bias = size;
4112                 nc->offset = size;
4113         }
4114
4115         offset = nc->offset - fragsz;
4116         if (unlikely(offset < 0)) {
4117                 page = virt_to_page(nc->va);
4118
4119                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4120                         goto refill;
4121
4122 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4123                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4124                 size = nc->size;
4125 #endif
4126                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4127                 set_page_count(page, size);
4128
4129                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4130                 nc->pagecnt_bias = size;
4131                 offset = size - fragsz;
4132         }
4133
4134         nc->pagecnt_bias--;
4135         nc->offset = offset;
4136
4137         return nc->va + offset;
4138 }
4139 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4140
4141 /*
4142  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4143  */
4144 void page_frag_free(void *addr)
4145 {
4146         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4147
4148         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4149                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4150 }
4151 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4152
4153 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4154                 size_t size)
4155 {
4156         if (addr) {
4157                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4158                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4159
4160                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4161                 while (used < alloc_end) {
4162                         free_page(used);
4163                         used += PAGE_SIZE;
4164                 }
4165         }
4166         return (void *)addr;
4167 }
4168
4169 /**
4170  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4171  * @size: the number of bytes to allocate
4172  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4173  *
4174  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4175  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4176  * allocate memory in power-of-two pages.
4177  *
4178  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4179  *
4180  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4181  */
4182 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4183 {
4184         unsigned int order = get_order(size);
4185         unsigned long addr;
4186
4187         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4188         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4189 }
4190 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4191
4192 /**
4193  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4194  *                         pages on a node.
4195  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4196  * @size: the number of bytes to allocate
4197  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4198  *
4199  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4200  * back.
4201  */
4202 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4203 {
4204         unsigned int order = get_order(size);
4205         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4206         if (!p)
4207                 return NULL;
4208         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4209 }
4210
4211 /**
4212  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4213  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4214  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4215  *
4216  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4217  */
4218 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4219 {
4220         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4221         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4222
4223         while (addr < end) {
4224                 free_page(addr);
4225                 addr += PAGE_SIZE;
4226         }
4227 }
4228 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4229
4230 /**
4231  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4232  * @offset: The zone index of the highest zone
4233  *
4234  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4235  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4236  * zone, the number of pages is calculated as:
4237  *
4238  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4239  */
4240 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4241 {
4242         struct zoneref *z;
4243         struct zone *zone;
4244
4245         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4246         unsigned long sum = 0;
4247
4248         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4249
4250         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4251                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4252                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4253                 if (size > high)
4254                         sum += size - high;
4255         }
4256
4257         return sum;
4258 }
4259
4260 /**
4261  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4262  *
4263  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4264  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4265  */
4266 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4267 {
4268         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4269 }
4270 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4271
4272 /**
4273  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4274  *
4275  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4276  * high watermark within all zones.
4277  */
4278 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4279 {
4280         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4281 }
4282
4283 static inline void show_node(struct zone *zone)
4284 {
4285         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4286                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4287 }
4288
4289 long si_mem_available(void)
4290 {
4291         long available;
4292         unsigned long pagecache;
4293         unsigned long wmark_low = 0;
4294         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4295         struct zone *zone;
4296         int lru;
4297
4298         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4299                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4300
4301         for_each_zone(zone)
4302                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4303
4304         /*
4305          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4306          * without causing swapping.
4307          */
4308         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4309
4310         /*
4311          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4312          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4313          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4314          */
4315         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4316         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4317         available += pagecache;
4318
4319         /*
4320          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4321          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4322          */
4323         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4324                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4325
4326         if (available < 0)
4327                 available = 0;
4328         return available;
4329 }
4330 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4331
4332 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4333 {
4334         val->totalram = totalram_pages;
4335         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4336         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4337         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4338         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4339         val->freehigh = nr_free_highpages();
4340         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4341 }
4342
4343 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4344
4345 #ifdef CONFIG_NUMA
4346 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4347 {
4348         int zone_type;          /* needs to be signed */
4349         unsigned long managed_pages = 0;
4350         unsigned long managed_highpages = 0;
4351         unsigned long free_highpages = 0;
4352         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4353
4354         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4355                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4356         val->totalram = managed_pages;
4357         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4358         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4359 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4360         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4361                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4362
4363                 if (is_highmem(zone)) {
4364                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4365                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4366                 }
4367         }
4368         val->totalhigh = managed_highpages;
4369         val->freehigh = free_highpages;
4370 #else
4371         val->totalhigh = managed_highpages;
4372         val->freehigh = free_highpages;
4373 #endif
4374         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4375 }
4376 #endif
4377
4378 /*
4379  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4380  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4381  */
4382 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4383 {
4384         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4385                 return false;
4386
4387         /*
4388          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4389          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4390          * have to be precise here.
4391          */
4392         if (!nodemask)
4393                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4394
4395         return !node_isset(nid, *nodemask);
4396 }
4397
4398 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4399
4400 static void show_migration_types(unsigned char type)
4401 {
4402         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4403                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4404                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4405                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4406                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4407 #ifdef CONFIG_CMA
4408                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4409 #endif
4410 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4411                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4412 #endif
4413         };
4414         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4415         char *p = tmp;
4416         int i;
4417
4418         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4419                 if (type & (1 << i))
4420                         *p++ = types[i];
4421         }
4422
4423         *p = '\0';
4424         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4425 }
4426
4427 /*
4428  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4429  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4430  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4431  *
4432  * Bits in @filter:
4433  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4434  *   cpuset.
4435  */
4436 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4437 {
4438         unsigned long free_pcp = 0;
4439         int cpu;
4440         struct zone *zone;
4441         pg_data_t *pgdat;
4442
4443         for_each_populated_zone(zone) {
4444                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4445                         continue;
4446
4447                 for_each_online_cpu(cpu)
4448                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4449         }
4450
4451         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4452                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4453                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4454                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4455                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4456                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4457                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4458                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4459                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4460                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4461                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4462                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4463                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4464                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4465                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4466                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4467                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4468                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4469                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4470                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4471                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4472                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4473                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4474                 free_pcp,
4475                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4476
4477         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4478                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4479                         continue;
4480
4481                 printk("Node %d"
4482                         " active_anon:%lukB"
4483                         " inactive_anon:%lukB"
4484                         " active_file:%lukB"
4485                         " inactive_file:%lukB"
4486                         " unevictable:%lukB"
4487                         " isolated(anon):%lukB"
4488                         " isolated(file):%lukB"
4489                         " mapped:%lukB"
4490                         " dirty:%lukB"
4491                         " writeback:%lukB"
4492                         " shmem:%lukB"
4493 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4494                         " shmem_thp: %lukB"
4495                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4496                         " anon_thp: %lukB"
4497 #endif
4498                         " writeback_tmp:%lukB"
4499                         " unstable:%lukB"
4500                         " all_unreclaimable? %s"
4501                         "\n",
4502                         pgdat->node_id,
4503                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4504                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4505                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4506                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4507                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4508                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4509                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4510                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4511                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4512                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4513                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4514 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4515                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4516                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4517                                         * HPAGE_PMD_NR),
4518                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4519 #endif
4520                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4521                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4522                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
4523                                 "yes" : "no");
4524         }
4525
4526         for_each_populated_zone(zone) {
4527                 int i;
4528
4529                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4530                         continue;
4531
4532                 free_pcp = 0;
4533                 for_each_online_cpu(cpu)
4534                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4535
4536                 show_node(zone);
4537                 printk(KERN_CONT
4538                         "%s"
4539                         " free:%lukB"
4540                         " min:%lukB"
4541                         " low:%lukB"
4542                         " high:%lukB"
4543                         " active_anon:%lukB"
4544                         " inactive_anon:%lukB"
4545                         " active_file:%lukB"
4546                         " inactive_file:%lukB"
4547                         " unevictable:%lukB"
4548                         " writepending:%lukB"
4549                         " present:%lukB"
4550                         " managed:%lukB"
4551                         " mlocked:%lukB"
4552                         " slab_reclaimable:%lukB"
4553                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4554                         " kernel_stack:%lukB"
4555                         " pagetables:%lukB"
4556                         " bounce:%lukB"
4557                         " free_pcp:%lukB"
4558                         " local_pcp:%ukB"
4559                         " free_cma:%lukB"
4560                         "\n",
4561                         zone->name,
4562                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4563                         K(min_wmark_pages(zone)),
4564                         K(low_wmark_pages(zone)),
4565                         K(high_wmark_pages(zone)),
4566                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4567                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4568                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4569                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4570                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4571                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4572                         K(zone->present_pages),
4573                         K(zone->managed_pages),
4574                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4575                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4576                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4577                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4578                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4579                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4580                         K(free_pcp),
4581                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4582                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4583                 printk("lowmem_reserve[]:");
4584                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4585                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4586                 printk(KERN_CONT "\n");
4587         }
4588
4589         for_each_populated_zone(zone) {
4590                 unsigned int order;
4591                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4592                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4593
4594                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4595                         continue;
4596                 show_node(zone);
4597                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
4598
4599                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4600                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4601                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4602                         int type;
4603
4604                         nr[order] = area->nr_free;
4605                         total += nr[order] << order;
4606
4607                         types[order] = 0;
4608                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4609                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4610                                         types[order] |= 1 << type;
4611                         }
4612                 }
4613                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4614                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4615                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
4616                                nr[order], K(1UL) << order);
4617                         if (nr[order])
4618                                 show_migration_types(types[order]);
4619                 }
4620                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
4621         }
4622
4623         hugetlb_show_meminfo();
4624
4625         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4626
4627         show_swap_cache_info();
4628 }
4629
4630 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4631 {
4632         zoneref->zone = zone;
4633         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4634 }
4635
4636 /*
4637  * Builds allocation fallback zone lists.
4638  *
4639  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4640  */
4641 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4642                                 int nr_zones)
4643 {
4644         struct zone *zone;
4645         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4646
4647         do {
4648                 zone_type--;
4649                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4650                 if (managed_zone(zone)) {
4651                         zoneref_set_zone(zone,
4652                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4653                         check_highest_zone(zone_type);
4654                 }
4655         } while (zone_type);
4656
4657         return nr_zones;
4658 }
4659
4660
4661 /*
4662  *  zonelist_order:
4663  *  0 = automatic detection of better ordering.
4664  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4665  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4666  *
4667  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4668  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4669  */
4670 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4671 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4672 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4673
4674 /* zonelist order in the kernel.
4675  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4676  */
4677 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4678 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4679
4680
4681 #ifdef CONFIG_NUMA
4682 /* The value user specified ....changed by config */
4683 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4684 /* string for sysctl */
4685 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4686 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4687
4688 /*
4689  * interface for configure zonelist ordering.
4690  * command line option "numa_zonelist_order"
4691  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4692  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4693  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4694  */
4695
4696 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4697 {
4698         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4699                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4700         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4701                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4702         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4703                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4704         } else {
4705                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4706                 return -EINVAL;
4707         }
4708         return 0;
4709 }
4710
4711 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4712 {
4713         int ret;
4714
4715         if (!s)
4716                 return 0;
4717
4718         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4719         if (ret == 0)
4720                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4721
4722         return ret;
4723 }
4724 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4725
4726 /*
4727  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4728  */
4729 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4730                 void __user *buffer, size_t *length,
4731                 loff_t *ppos)
4732 {
4733         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4734         int ret;
4735         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4736
4737         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4738         if (write) {
4739                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4740                         ret = -EINVAL;
4741                         goto out;
4742                 }
4743                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4744         }
4745         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4746         if (ret)
4747                 goto out;
4748         if (write) {
4749                 int oldval = user_zonelist_order;
4750
4751                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4752                 if (ret) {
4753                         /*
4754                          * bogus value.  restore saved string
4755                          */
4756                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4757                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4758                         user_zonelist_order = oldval;
4759                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4760                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4761                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4762                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4763                 }
4764         }
4765 out:
4766         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4767         return ret;
4768 }
4769
4770
4771 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4772 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4773
4774 /**
4775  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4776  * @node: node whose fallback list we're appending
4777  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4778  *
4779  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4780  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4781  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4782  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4783  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4784  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4785  * on them otherwise.
4786  * It returns -1 if no node is found.
4787  */
4788 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4789 {
4790         int n, val;
4791         int min_val = INT_MAX;
4792         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4793         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4794
4795         /* Use the local node if we haven't already */
4796         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4797                 node_set(node, *used_node_mask);
4798                 return node;
4799         }
4800
4801         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4802
4803                 /* Don't want a node to appear more than once */
4804                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4805                         continue;
4806
4807                 /* Use the distance array to find the distance */
4808                 val = node_distance(node, n);
4809
4810                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4811                 val += (n < node);
4812
4813                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4814                 tmp = cpumask_of_node(n);
4815                 if (!cpumask_empty(tmp))
4816                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4817
4818                 /* Slight preference for less loaded node */
4819                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4820                 val += node_load[n];
4821
4822                 if (val < min_val) {
4823                         min_val = val;
4824                         best_node = n;
4825                 }
4826         }
4827
4828         if (best_node >= 0)
4829                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4830
4831         return best_node;
4832 }
4833
4834
4835 /*
4836  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4837  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4838  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4839  */
4840 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4841 {
4842         int j;
4843         struct zonelist *zonelist;
4844
4845         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4846         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4847                 ;
4848         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4849         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4850         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4851 }
4852
4853 /*
4854  * Build gfp_thisnode zonelists
4855  */
4856 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4857 {
4858         int j;
4859         struct zonelist *zonelist;
4860
4861         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK];
4862         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4863         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4864         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4865 }
4866
4867 /*
4868  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4869  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4870  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4871  * may still exist in local DMA zone.
4872  */
4873 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4874
4875 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4876 {
4877         int pos, j, node;
4878         int zone_type;          /* needs to be signed */
4879         struct zone *z;
4880         struct zonelist *zonelist;
4881
4882         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4883         pos = 0;
4884         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4885                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4886                         node = node_order[j];
4887                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4888                         if (managed_zone(z)) {
4889                                 zoneref_set_zone(z,
4890                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4891                                 check_highest_zone(zone_type);
4892                         }
4893                 }
4894         }
4895         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4896         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4897 }
4898
4899 #if defined(CONFIG_64BIT)
4900 /*
4901  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4902  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4903  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4904  */
4905 static int default_zonelist_order(void)
4906 {
4907         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4908 }
4909 #else
4910 /*
4911  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4912  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4913  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4914  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4915  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4916  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4917  */
4918 static int default_zonelist_order(void)
4919 {
4920         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4921 }
4922 #endif /* CONFIG_64BIT */
4923
4924 static void set_zonelist_order(void)
4925 {
4926         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4927                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4928         else
4929                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4930 }
4931
4932 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4933 {
4934         int i, node, load;
4935         nodemask_t used_mask;
4936         int local_node, prev_node;
4937         struct zonelist *zonelist;
4938         unsigned int order = current_zonelist_order;
4939
4940         /* initialize zonelists */
4941         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4942                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4943                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4944                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4945         }
4946
4947         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4948         local_node = pgdat->node_id;
4949         load = nr_online_nodes;
4950         prev_node = local_node;
4951         nodes_clear(used_mask);
4952
4953         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4954         i = 0;
4955
4956         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4957                 /*
4958                  * We don't want to pressure a particular node.
4959                  * So adding penalty to the first node in same
4960                  * distance group to make it round-robin.
4961                  */
4962                 if (node_distance(local_node, node) !=
4963                     node_distance(local_node, prev_node))
4964                         node_load[node] = load;
4965
4966                 prev_node = node;
4967                 load--;
4968                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4969                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4970                 else
4971                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4972         }
4973
4974         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4975                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4976                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4977         }
4978
4979         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4980 }
4981
4982 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4983 /*
4984  * Return node id of node used for "local" allocations.
4985  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4986  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4987  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4988  */
4989 int local_memory_node(int node)
4990 {
4991         struct zoneref *z;
4992
4993         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4994                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4995                                    NULL);
4996         return z->zone->node;
4997 }
4998 #endif
4999
5000 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5001 static void setup_min_slab_ratio(void);
5002 #else   /* CONFIG_NUMA */
5003
5004 static void set_zonelist_order(void)
5005 {
5006         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
5007 }
5008
5009 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5010 {
5011         int node, local_node;
5012         enum zone_type j;
5013         struct zonelist *zonelist;
5014
5015         local_node = pgdat->node_id;
5016
5017         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
5018         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
5019
5020         /*
5021          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5022          * of all the other nodes.
5023          * We don't want to pressure a particular node, so when
5024          * building the zones for node N, we make sure that the
5025          * zones coming right after the local ones are those from
5026          * node N+1 (modulo N)
5027          */
5028         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5029                 if (!node_online(node))
5030                         continue;
5031                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5032         }
5033         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5034                 if (!node_online(node))
5035                         continue;
5036                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5037         }
5038
5039         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
5040         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
5041 }
5042
5043 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5044
5045 /*
5046  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5047  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5048  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5049  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5050  * with interrupts disabled.
5051  *
5052  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5053  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5054  * hotplugged processors.
5055  *
5056  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5057  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5058  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5059  */
5060 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5061 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5062 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
5063
5064 /*
5065  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
5066  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
5067  */
5068 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
5069
5070 /* return values int ....just for stop_machine() */
5071 static int __build_all_zonelists(void *data)
5072 {
5073         int nid;
5074         int cpu;
5075         pg_data_t *self = data;
5076
5077 #ifdef CONFIG_NUMA
5078         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5079 #endif
5080
5081         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5082                 build_zonelists(self);
5083         }
5084
5085         for_each_online_node(nid) {
5086                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5087
5088                 build_zonelists(pgdat);
5089         }
5090
5091         /*
5092          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5093          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5094          * each zone will be allocated later when the per cpu
5095          * allocator is available.
5096          *
5097          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5098          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5099          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5100          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5101          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5102          * (a chicken-egg dilemma).
5103          */
5104         for_each_possible_cpu(cpu) {
5105                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5106
5107 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5108                 /*
5109                  * We now know the "local memory node" for each node--
5110                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5111                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5112                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5113                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5114                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5115                  */
5116                 if (cpu_online(cpu))
5117                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5118 #endif
5119         }
5120
5121         return 0;
5122 }
5123
5124 static noinline void __init
5125 build_all_zonelists_init(void)
5126 {
5127         __build_all_zonelists(NULL);
5128         mminit_verify_zonelist();
5129         cpuset_init_current_mems_allowed();
5130 }
5131
5132 /*
5133  * Called with zonelists_mutex held always
5134  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5135  *
5136  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
5137  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
5138  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5139  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5140  */
5141 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5142 {
5143         set_zonelist_order();
5144
5145         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5146                 build_all_zonelists_init();
5147         } else {
5148 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5149                 if (zone)
5150                         setup_zone_pageset(zone);
5151 #endif
5152                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5153                    of zonelist */
5154                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5155                 /* cpuset refresh routine should be here */
5156         }
5157         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5158         /*
5159          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5160          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5161          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5162          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5163          * disabled and enable it later
5164          */
5165         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5166                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5167         else
5168                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5169
5170         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5171                 nr_online_nodes,
5172                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5173                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5174                 vm_total_pages);
5175 #ifdef CONFIG_NUMA
5176         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5177 #endif
5178 }
5179
5180 /*
5181  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5182  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5183  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5184  */
5185 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5186                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5187 {
5188         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5189         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5190         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5191         unsigned long pfn;
5192         unsigned long nr_initialised = 0;
5193 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5194         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5195 #endif
5196
5197         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5198                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5199
5200         /*
5201          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5202          * memory
5203          */
5204         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5205                 start_pfn += altmap->reserve;
5206
5207         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5208                 /*
5209                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5210                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5211                  */
5212                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5213                         goto not_early;
5214
5215                 if (!early_pfn_valid(pfn)) {
5216 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5217                         /*
5218                          * Skip to the pfn preceding the next valid one (or
5219                          * end_pfn), such that we hit a valid pfn (or end_pfn)
5220                          * on our next iteration of the loop.
5221                          */
5222                         pfn = memblock_next_valid_pfn(pfn, end_pfn) - 1;
5223 #endif
5224                         continue;
5225                 }
5226                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5227                         continue;
5228                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5229                         break;
5230
5231 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5232                 /*
5233                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5234                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5235                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5236                  */
5237                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5238                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5239                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5240                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5241                                                 break;
5242                                 r = tmp;
5243                         }
5244                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5245                             memblock_is_mirror(r)) {
5246                                 /* already initialized as NORMAL */
5247                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5248                                 continue;
5249                         }
5250                 }
5251 #endif
5252
5253 not_early:
5254                 /*
5255                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5256                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5257                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5258                  * the address space during boot when many long-lived
5259                  * kernel allocations are made.
5260                  *
5261                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5262                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5263                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5264                  * pfn out of zone.
5265                  */
5266                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5267                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5268
5269                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5270                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5271                 } else {
5272                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5273                 }
5274         }
5275 }
5276
5277 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5278 {
5279         unsigned int order, t;
5280         for_each_migratetype_order(order, t) {
5281                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5282                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5283         }
5284 }
5285
5286 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5287 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5288         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5289 #endif
5290
5291 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5292 {
5293 #ifdef CONFIG_MMU
5294         int batch;
5295
5296         /*
5297          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5298          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5299          *
5300          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5301          */
5302         batch = zone->managed_pages / 1024;
5303         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5304                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5305         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5306         if (batch < 1)
5307                 batch = 1;
5308
5309         /*
5310          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5311          * of 2 value was found to be more likely to have
5312          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5313          *
5314          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5315          * batches of pages, one task can end up with a lot
5316          * of pages of one half of the possible page colors
5317          * and the other with pages of the other colors.
5318          */
5319         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5320
5321         return batch;
5322
5323 #else
5324         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5325          * conditions.
5326          *
5327          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5328          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5329          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5330          *
5331          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5332          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5333          * can be a significant delay between the individual batches being
5334          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5335          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5336          */
5337         return 0;
5338 #endif
5339 }
5340
5341 /*
5342  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5343  * ->batch must never be higher then ->high.
5344  * The following function updates them in a safe manner without read side
5345  * locking.
5346  *
5347  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5348  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5349  *
5350  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5351  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5352  * exist).
5353  */
5354 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5355                 unsigned long batch)
5356 {
5357        /* start with a fail safe value for batch */
5358         pcp->batch = 1;
5359         smp_wmb();
5360
5361        /* Update high, then batch, in order */
5362         pcp->high = high;
5363         smp_wmb();
5364
5365         pcp->batch = batch;
5366 }
5367
5368 /* a companion to pageset_set_high() */
5369 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5370 {
5371         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5372 }
5373
5374 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5375 {
5376         struct per_cpu_pages *pcp;
5377         int migratetype;
5378
5379         memset(p, 0, sizeof(*p));
5380
5381         pcp = &p->pcp;
5382         pcp->count = 0;
5383         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5384                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5385 }
5386
5387 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5388 {
5389         pageset_init(p);
5390         pageset_set_batch(p, batch);
5391 }
5392
5393 /*
5394  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5395  * to the value high for the pageset p.
5396  */
5397 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5398                                 unsigned long high)
5399 {
5400         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5401         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5402                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5403
5404         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5405 }
5406
5407 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5408                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5409 {
5410         if (percpu_pagelist_fraction)
5411                 pageset_set_high(pcp,
5412                         (zone->managed_pages /
5413                                 percpu_pagelist_fraction));
5414         else
5415                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5416 }
5417
5418 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5419 {
5420         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5421
5422         pageset_init(pcp);
5423         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5424 }
5425
5426 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5427 {
5428         int cpu;
5429         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5430         for_each_possible_cpu(cpu)
5431                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5432 }
5433
5434 /*
5435  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5436  * Before this call only boot pagesets were available.
5437  */
5438 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5439 {
5440         struct pglist_data *pgdat;
5441         struct zone *zone;
5442
5443         for_each_populated_zone(zone)
5444                 setup_zone_pageset(zone);
5445
5446         for_each_online_pgdat(pgdat)
5447                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5448                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5449 }
5450
5451 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5452 {
5453         /*
5454          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5455          * relies on the ability of the linker to provide the
5456          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5457          */
5458         zone->pageset = &boot_pageset;
5459
5460         if (populated_zone(zone))
5461                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5462                         zone->name, zone->present_pages,
5463                                          zone_batchsize(zone));
5464 }
5465
5466 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5467                                         unsigned long zone_start_pfn,
5468                                         unsigned long size)
5469 {
5470         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5471
5472         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5473
5474         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5475
5476         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5477                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5478                         pgdat->node_id,
5479                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5480                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5481
5482         zone_init_free_lists(zone);
5483         zone->initialized = 1;
5484
5485         return 0;
5486 }
5487
5488 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5489 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5490
5491 /*
5492  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5493  */
5494 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5495                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5496 {
5497         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5498         int nid;
5499
5500         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5501                 return state->last_nid;
5502
5503         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5504         if (nid != -1) {
5505                 state->last_start = start_pfn;
5506                 state->last_end = end_pfn;
5507                 state->last_nid = nid;
5508         }
5509
5510         return nid;
5511 }
5512 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5513
5514 /**
5515  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5516  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5517  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5518  *
5519  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5520  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5521  * memblock_free_early_nid() manually.
5522  */
5523 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5524 {
5525         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5526         int i, this_nid;
5527
5528         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5529                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5530                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5531
5532                 if (start_pfn < end_pfn)
5533                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5534                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5535                                         this_nid);
5536         }
5537 }
5538
5539 /**
5540  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5541  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5542  *
5543  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5544  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5545  */
5546 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5547 {
5548         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5549         int i, this_nid;
5550
5551         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5552                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5553 }
5554
5555 /**
5556  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5557  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5558  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5559  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5560  *
5561  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5562  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5563  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5564  * PFNs will be 0.
5565  */
5566 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5567                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5568 {
5569         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5570         int i;
5571
5572         *start_pfn = -1UL;
5573         *end_pfn = 0;
5574
5575         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5576                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5577                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5578         }
5579
5580         if (*start_pfn == -1UL)
5581                 *start_pfn = 0;
5582 }
5583
5584 /*
5585  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5586  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5587  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5588  */
5589 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5590 {
5591         int zone_index;
5592         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5593                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5594                         continue;
5595
5596                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5597                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5598                         break;
5599         }
5600
5601         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5602         movable_zone = zone_index;
5603 }
5604
5605 /*
5606  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5607  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5608  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5609  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5610  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5611  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5612  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5613  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5614  */
5615 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5616                                         unsigned long zone_type,
5617                                         unsigned long node_start_pfn,
5618                                         unsigned long node_end_pfn,
5619                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5620                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5621 {
5622         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5623         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5624                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5625                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5626                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5627                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5628                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5629
5630                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5631                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5632                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5633                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5634                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5635
5636                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5637                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5638                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5639         }
5640 }
5641
5642 /*
5643  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5644  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5645  */
5646 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5647                                         unsigned long zone_type,
5648                                         unsigned long node_start_pfn,
5649                                         unsigned long node_end_pfn,
5650                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5651                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5652                                         unsigned long *ignored)
5653 {
5654         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5655         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5656                 return 0;
5657
5658         /* Get the start and end of the zone */
5659         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5660         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5661         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5662                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5663                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5664
5665         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5666         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5667                 return 0;
5668
5669         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5670         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5671         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5672
5673         /* Return the spanned pages */
5674         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5675 }
5676
5677 /*
5678  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5679  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5680  */
5681 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5682                                 unsigned long range_start_pfn,
5683                                 unsigned long range_end_pfn)
5684 {
5685         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5686         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5687         int i;
5688
5689         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5690                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5691                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5692                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5693         }
5694         return nr_absent;
5695 }
5696
5697 /**
5698  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5699  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5700  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5701  *
5702  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5703  */
5704 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5705                                                         unsigned long end_pfn)
5706 {
5707         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5708 }
5709
5710 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5711 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5712                                         unsigned long zone_type,
5713                                         unsigned long node_start_pfn,
5714                                         unsigned long node_end_pfn,
5715                                         unsigned long *ignored)
5716 {
5717         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5718         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5719         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5720         unsigned long nr_absent;
5721
5722         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5723         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5724                 return 0;
5725
5726         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5727         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5728
5729         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5730                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5731                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5732         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5733
5734         /*
5735          * ZONE_MOVABLE handling.
5736          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5737          * and vice versa.
5738          */
5739         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5740                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5741                 struct memblock_region *r;
5742
5743                 for_each_memblock(memory, r) {
5744                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5745                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5746                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5747                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5748
5749                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5750                             memblock_is_mirror(r))
5751                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5752
5753                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5754                             !memblock_is_mirror(r))
5755                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5756                 }
5757         }
5758
5759         return nr_absent;
5760 }
5761
5762 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5763 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5764                                         unsigned long zone_type,
5765                                         unsigned long node_start_pfn,
5766                                         unsigned long node_end_pfn,
5767                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5768                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5769                                         unsigned long *zones_size)
5770 {
5771         unsigned int zone;
5772
5773         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5774         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5775                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5776
5777         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5778
5779         return zones_size[zone_type];
5780 }
5781
5782 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5783                                                 unsigned long zone_type,
5784                                                 unsigned long node_start_pfn,
5785                                                 unsigned long node_end_pfn,
5786                                                 unsigned long *zholes_size)
5787 {
5788         if (!zholes_size)
5789                 return 0;
5790
5791         return zholes_size[zone_type];
5792 }
5793
5794 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5795
5796 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5797                                                 unsigned long node_start_pfn,
5798                                                 unsigned long node_end_pfn,
5799                                                 unsigned long *zones_size,
5800                                                 unsigned long *zholes_size)
5801 {
5802         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5803         enum zone_type i;
5804
5805         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5806                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5807                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5808                 unsigned long size, real_size;
5809
5810                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5811                                                   node_start_pfn,
5812                                                   node_end_pfn,
5813                                                   &zone_start_pfn,
5814                                                   &zone_end_pfn,
5815                                                   zones_size);
5816                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5817                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5818                                                   zholes_size);
5819                 if (size)
5820                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5821                 else
5822                         zone->zone_start_pfn = 0;
5823                 zone->spanned_pages = size;
5824                 zone->present_pages = real_size;
5825
5826                 totalpages += size;
5827                 realtotalpages += real_size;
5828         }
5829
5830         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5831         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5832         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5833                                                         realtotalpages);
5834 }
5835
5836 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5837 /*
5838  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5839  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5840  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5841  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5842  * bytes.
5843  */
5844 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5845 {
5846         unsigned long usemapsize;
5847
5848         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5849         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5850         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5851         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5852         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5853
5854         return usemapsize / 8;
5855 }
5856
5857 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5858                                 struct zone *zone,
5859                                 unsigned long zone_start_pfn,
5860                                 unsigned long zonesize)
5861 {
5862         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5863         zone->pageblock_flags = NULL;
5864         if (usemapsize)
5865                 zone->pageblock_flags =
5866                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5867                                                          pgdat->node_id);
5868 }
5869 #else
5870 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5871                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5872 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5873
5874 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5875
5876 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5877 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5878 {
5879         unsigned int order;
5880
5881         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5882         if (pageblock_order)
5883                 return;
5884
5885         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5886                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5887         else
5888                 order = MAX_ORDER - 1;
5889
5890         /*
5891          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5892          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5893          * powerpc.
5894          */
5895         pageblock_order = order;
5896 }
5897 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5898
5899 /*
5900  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5901  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5902  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5903  * the kernel config
5904  */
5905 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5906 {
5907 }
5908
5909 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5910
5911 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5912                                                    unsigned long present_pages)
5913 {
5914         unsigned long pages = spanned_pages;
5915
5916         /*
5917          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5918          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5919          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5920          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5921          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
5922          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5923          */
5924         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5925             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5926                 pages = present_pages;
5927
5928         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5929 }
5930
5931 /*
5932  * Set up the zone data structures:
5933  *   - mark all pages reserved
5934  *   - mark all memory queues empty
5935  *   - clear the memory bitmaps
5936  *
5937  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5938  */
5939 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5940 {
5941         enum zone_type j;
5942         int nid = pgdat->node_id;
5943         int ret;
5944
5945         pgdat_resize_init(pgdat);
5946 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5947         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5948         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5949         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5950 #endif
5951 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5952         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5953         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5954         pgdat->split_queue_len = 0;
5955 #endif
5956         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5957         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5958 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5959         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5960 #endif
5961         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5962         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
5963         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
5964
5965         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5966                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5967                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5968                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5969
5970                 size = zone->spanned_pages;
5971                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5972
5973                 /*
5974                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5975                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5976                  * and per-cpu initialisations
5977                  */
5978                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5979                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5980                         if (freesize >= memmap_pages) {
5981                                 freesize -= memmap_pages;
5982                                 if (memmap_pages)
5983                                         printk(KERN_DEBUG
5984                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5985                                                zone_names[j], memmap_pages);
5986                         } else
5987                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5988                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5989                 }
5990
5991                 /* Account for reserved pages */
5992                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5993                         freesize -= dma_reserve;
5994                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5995                                         zone_names[0], dma_reserve);
5996                 }
5997
5998                 if (!is_highmem_idx(j))
5999                         nr_kernel_pages += freesize;
6000                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6001                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6002                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6003                 nr_all_pages += freesize;
6004
6005                 /*
6006                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6007                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6008                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6009                  */
6010                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
6011 #ifdef CONFIG_NUMA
6012                 zone->node = nid;
6013 #endif
6014                 zone->name = zone_names[j];
6015                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6016                 spin_lock_init(&zone->lock);
6017                 zone_seqlock_init(zone);
6018                 zone_pcp_init(zone);
6019
6020                 if (!size)
6021                         continue;
6022
6023                 set_pageblock_order();
6024                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6025                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6026                 BUG_ON(ret);
6027                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6028         }
6029 }
6030
6031 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6032 {
6033         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6034         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6035
6036         /* Skip empty nodes */
6037         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6038                 return;
6039
6040 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6041         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6042         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6043         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6044         if (!pgdat->node_mem_map) {
6045                 unsigned long size, end;
6046                 struct page *map;
6047
6048                 /*
6049                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6050                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6051                  * for the buddy allocator to function correctly.
6052                  */
6053                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6054                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6055                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6056                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6057                 if (!map)
6058                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6059                                                                pgdat->node_id);
6060                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6061         }
6062 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6063         /*
6064          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6065          */
6066         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6067                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6068 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6069                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6070                         mem_map -= offset;
6071 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6072         }
6073 #endif
6074 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6075 }
6076
6077 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6078                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6079 {
6080         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6081         unsigned long start_pfn = 0;
6082         unsigned long end_pfn = 0;
6083
6084         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6085         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6086
6087         reset_deferred_meminit(pgdat);
6088         pgdat->node_id = nid;
6089         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6090         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6091 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6092         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6093         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6094                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6095                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6096 #else
6097         start_pfn = node_start_pfn;
6098 #endif
6099         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6100                                   zones_size, zholes_size);
6101
6102         alloc_node_mem_map(pgdat);
6103 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6104         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6105                 nid, (unsigned long)pgdat,
6106                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6107 #endif
6108
6109         free_area_init_core(pgdat);
6110 }
6111
6112 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6113
6114 #if MAX_NUMNODES > 1
6115 /*
6116  * Figure out the number of possible node ids.
6117  */
6118 void __init setup_nr_node_ids(void)
6119 {
6120         unsigned int highest;
6121
6122         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6123         nr_node_ids = highest + 1;
6124 }
6125 #endif
6126
6127 /**
6128  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6129  *
6130  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6131  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6132  * all the nodes.
6133  *
6134  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6135  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6136  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6137  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6138  *
6139  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6140  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6141  * populated node map.
6142  *
6143  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6144  * requirement (single node).
6145  */
6146 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6147 {
6148         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6149         unsigned long start, end, mask;
6150         int last_nid = -1;
6151         int i, nid;
6152
6153         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6154                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6155                         last_nid = nid;
6156                         last_end = end;
6157                         continue;
6158                 }
6159
6160                 /*
6161                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6162                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6163                  * too coarse to separate the current node from the last.
6164                  */
6165                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6166                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6167                         mask <<= 1;
6168
6169                 /* accumulate all internode masks */
6170                 accl_mask |= mask;
6171         }
6172
6173         /* convert mask to number of pages */
6174         return ~accl_mask + 1;
6175 }
6176
6177 /* Find the lowest pfn for a node */
6178 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6179 {
6180         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6181         unsigned long start_pfn;
6182         int i;
6183
6184         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6185                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6186
6187         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6188                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6189                 return 0;
6190         }
6191
6192         return min_pfn;
6193 }
6194
6195 /**
6196  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6197  *
6198  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6199  * memblock_set_node().
6200  */
6201 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6202 {
6203         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6204 }
6205
6206 /*
6207  * early_calculate_totalpages()
6208  * Sum pages in active regions for movable zone.
6209  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6210  */
6211 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6212 {
6213         unsigned long totalpages = 0;
6214         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6215         int i, nid;
6216
6217         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6218                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6219
6220                 totalpages += pages;
6221                 if (pages)
6222                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6223         }
6224         return totalpages;
6225 }
6226
6227 /*
6228  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6229  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6230  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6231  * others
6232  */
6233 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6234 {
6235         int i, nid;
6236         unsigned long usable_startpfn;
6237         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6238         /* save the state before borrow the nodemask */
6239         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6240         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6241         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6242         struct memblock_region *r;
6243
6244         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6245         find_usable_zone_for_movable();
6246
6247         /*
6248          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6249          * options.
6250          */
6251         if (movable_node_is_enabled()) {
6252                 for_each_memblock(memory, r) {
6253                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6254                                 continue;
6255
6256                         nid = r->nid;
6257
6258                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6259                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6260                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6261                                 usable_startpfn;
6262                 }
6263
6264                 goto out2;
6265         }
6266
6267         /*
6268          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6269          */
6270         if (mirrored_kernelcore) {
6271                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6272
6273                 for_each_memblock(memory, r) {
6274                         if (memblock_is_mirror(r))
6275                                 continue;
6276
6277                         nid = r->nid;
6278
6279                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6280
6281                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6282                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6283                                 continue;
6284                         }
6285
6286                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6287                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6288                                 usable_startpfn;
6289                 }
6290
6291                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6292                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6293
6294                 goto out2;
6295         }
6296
6297         /*
6298          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6299          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6300          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6301          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6302          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6303          * what movablecore would have allowed.
6304          */
6305         if (required_movablecore) {
6306                 unsigned long corepages;
6307
6308                 /*
6309                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6310                  * was requested by the user
6311                  */
6312                 required_movablecore =
6313                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6314                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6315                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6316
6317                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6318         }
6319
6320         /*
6321          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6322          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6323          */
6324         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6325                 goto out;
6326
6327         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6328         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6329
6330 restart:
6331         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6332         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6333         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6334                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6335
6336                 /*
6337                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6338                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6339                  * amount of memory for the kernel
6340                  */
6341                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6342                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6343
6344                 /*
6345                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6346                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6347                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6348                  */
6349                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6350
6351                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6352                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6353                         unsigned long size_pages;
6354
6355                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6356                         if (start_pfn >= end_pfn)
6357                                 continue;
6358
6359                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6360                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6361                                 unsigned long kernel_pages;
6362                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6363                                                                 - start_pfn;
6364
6365                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6366                                                         kernelcore_remaining);
6367                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6368                                                         required_kernelcore);
6369
6370                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6371                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6372
6373                                         /*
6374                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6375                                          * that if we have to rebalance
6376                                          * kernelcore across nodes, we will
6377                                          * not double account here
6378                                          */
6379                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6380                                         continue;
6381                                 }
6382                                 start_pfn = usable_startpfn;
6383                         }
6384
6385                         /*
6386                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6387                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6388                          * number of pages used as kernelcore
6389                          */
6390                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6391                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6392                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6393                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6394
6395                         /*
6396                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6397                          * break if the kernelcore for this node has been
6398                          * satisfied
6399                          */
6400                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6401                                                                 size_pages);
6402                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6403                         if (!kernelcore_remaining)
6404                                 break;
6405                 }
6406         }
6407
6408         /*
6409          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6410          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6411          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6412          * satisfied
6413          */
6414         usable_nodes--;
6415         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6416                 goto restart;
6417
6418 out2:
6419         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6420         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6421                 zone_movable_pfn[nid] =
6422                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6423
6424 out:
6425         /* restore the node_state */
6426         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6427 }
6428
6429 /* Any regular or high memory on that node ? */
6430 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6431 {
6432         enum zone_type zone_type;
6433
6434         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6435                 return;
6436
6437         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6438                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6439                 if (populated_zone(zone)) {
6440                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6441                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6442                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6443                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6444                         break;
6445                 }
6446         }
6447 }
6448
6449 /**
6450  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6451  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6452  *
6453  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6454  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6455  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6456  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6457  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6458  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6459  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6460  * at arch_max_dma_pfn.
6461  */
6462 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6463 {
6464         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6465         int i, nid;
6466
6467         /* Record where the zone boundaries are */
6468         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6469                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6470         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6471                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6472
6473         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6474
6475         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6476                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6477                         continue;
6478
6479                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6480                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6481                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6482
6483                 start_pfn = end_pfn;
6484         }
6485
6486         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6487         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6488         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6489
6490         /* Print out the zone ranges */
6491         pr_info("Zone ranges:\n");
6492         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6493                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6494                         continue;
6495                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6496                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6497                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6498                         pr_cont("empty\n");
6499                 else
6500                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6501                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6502                                         << PAGE_SHIFT,
6503                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6504                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6505         }
6506
6507         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6508         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6509         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6510                 if (zone_movable_pfn[i])
6511                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6512                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6513         }
6514
6515         /* Print out the early node map */
6516         pr_info("Early memory node ranges\n");
6517         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6518                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6519                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6520                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6521
6522         /* Initialise every node */
6523         mminit_verify_pageflags_layout();
6524         setup_nr_node_ids();
6525         for_each_online_node(nid) {
6526                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6527                 free_area_init_node(nid, NULL,
6528                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6529
6530                 /* Any memory on that node */
6531                 if (pgdat->node_present_pages)
6532                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6533                 check_for_memory(pgdat, nid);
6534         }
6535 }
6536
6537 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6538 {
6539         unsigned long long coremem;
6540         if (!p)
6541                 return -EINVAL;
6542
6543         coremem = memparse(p, &p);
6544         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6545
6546         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6547         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6548
6549         return 0;
6550 }
6551
6552 /*
6553  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6554  * cannot be reclaimed or migrated.
6555  */
6556 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6557 {
6558         /* parse kernelcore=mirror */
6559         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6560                 mirrored_kernelcore = true;
6561                 return 0;
6562         }
6563
6564         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6565 }
6566
6567 /*
6568  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6569  * can be reclaimed or migrated.
6570  */
6571 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6572 {
6573         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6574 }
6575
6576 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6577 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6578
6579 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6580
6581 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6582 {
6583         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6584         page_zone(page)->managed_pages += count;
6585         totalram_pages += count;
6586 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6587         if (PageHighMem(page))
6588                 totalhigh_pages += count;
6589 #endif
6590         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6591 }
6592 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6593
6594 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6595 {
6596         void *pos;
6597         unsigned long pages = 0;
6598
6599         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6600         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6601         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6602                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6603                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6604                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6605         }
6606
6607         if (pages && s)
6608                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
6609                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
6610
6611         return pages;
6612 }
6613 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6614
6615 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6616 void free_highmem_page(struct page *page)
6617 {
6618         __free_reserved_page(page);
6619         totalram_pages++;
6620         page_zone(page)->managed_pages++;
6621         totalhigh_pages++;
6622 }
6623 #endif
6624
6625
6626 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6627 {
6628         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6629         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6630
6631         physpages = get_num_physpages();
6632         codesize = _etext - _stext;
6633         datasize = _edata - _sdata;
6634         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6635         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6636         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6637         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6638
6639         /*
6640          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6641          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6642          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6643          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6644          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6645          */
6646 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6647         do { \
6648                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6649                         size -= adj; \
6650         } while (0)
6651
6652         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6653                      _sinittext, init_code_size);
6654         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6655         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6656         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6657         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6658
6659 #undef  adj_init_size
6660
6661         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6662 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6663                 ", %luK highmem"
6664 #endif
6665                 "%s%s)\n",
6666                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6667                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6668                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6669                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6670                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6671                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6672 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6673                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6674 #endif
6675                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6676 }
6677
6678 /**
6679  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6680  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6681  *
6682  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6683  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6684  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6685  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6686  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6687  * smaller per-cpu batchsize.
6688  */
6689 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6690 {
6691         dma_reserve = new_dma_reserve;
6692 }
6693
6694 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6695 {
6696         free_area_init_node(0, zones_size,
6697                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6698 }
6699
6700 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
6701 {
6702
6703         lru_add_drain_cpu(cpu);
6704         drain_pages(cpu);
6705
6706         /*
6707          * Spill the event counters of the dead processor
6708          * into the current processors event counters.
6709          * This artificially elevates the count of the current
6710          * processor.
6711          */
6712         vm_events_fold_cpu(cpu);
6713
6714         /*
6715          * Zero the differential counters of the dead processor
6716          * so that the vm statistics are consistent.
6717          *
6718          * This is only okay since the processor is dead and cannot
6719          * race with what we are doing.
6720          */
6721         cpu_vm_stats_fold(cpu);
6722         return 0;
6723 }
6724
6725 void __init page_alloc_init(void)
6726 {
6727         int ret;
6728
6729         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
6730                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
6731                                         page_alloc_cpu_dead);
6732         WARN_ON(ret < 0);
6733 }
6734
6735 /*
6736  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6737  *      or min_free_kbytes changes.
6738  */
6739 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6740 {
6741         struct pglist_data *pgdat;
6742         unsigned long reserve_pages = 0;
6743         enum zone_type i, j;
6744
6745         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6746
6747                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6748
6749                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6750                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6751                         long max = 0;
6752
6753                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6754                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6755                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6756                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6757                         }
6758
6759                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6760                         max += high_wmark_pages(zone);
6761
6762                         if (max > zone->managed_pages)
6763                                 max = zone->managed_pages;
6764
6765                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6766
6767                         reserve_pages += max;
6768                 }
6769         }
6770         totalreserve_pages = reserve_pages;
6771 }
6772
6773 /*
6774  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6775  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6776  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6777  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6778  */
6779 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6780 {
6781         struct pglist_data *pgdat;
6782         enum zone_type j, idx;
6783
6784         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6785                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6786                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6787                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6788
6789                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6790
6791                         idx = j;
6792                         while (idx) {
6793                                 struct zone *lower_zone;
6794
6795                                 idx--;
6796
6797                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6798                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6799
6800                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6801                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6802                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6803                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6804                         }
6805                 }
6806         }
6807
6808         /* update totalreserve_pages */
6809         calculate_totalreserve_pages();
6810 }
6811
6812 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6813 {
6814         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6815         unsigned long lowmem_pages = 0;
6816         struct zone *zone;
6817         unsigned long flags;
6818
6819         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6820         for_each_zone(zone) {
6821                 if (!is_highmem(zone))
6822                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6823         }
6824
6825         for_each_zone(zone) {
6826                 u64 tmp;
6827
6828                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6829                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6830                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6831                 if (is_highmem(zone)) {
6832                         /*
6833                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6834                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6835                          * value here.
6836                          *
6837                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6838                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6839                          * not be capped for highmem.
6840                          */
6841                         unsigned long min_pages;
6842
6843                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6844                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6845                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6846                 } else {
6847                         /*
6848                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6849                          * proportionate to the zone's size.
6850                          */
6851                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6852                 }
6853
6854                 /*
6855                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6856                  * scale factor in proportion to available memory, but
6857                  * ensure a minimum size on small systems.
6858                  */
6859                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6860                             mult_frac(zone->managed_pages,
6861                                       watermark_scale_factor, 10000));
6862
6863                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6864                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6865
6866                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6867         }
6868
6869         /* update totalreserve_pages */
6870         calculate_totalreserve_pages();
6871 }
6872
6873 /**
6874  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6875  * or when memory is hot-{added|removed}
6876  *
6877  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6878  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6879  */
6880 void setup_per_zone_wmarks(void)
6881 {
6882         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6883         __setup_per_zone_wmarks();
6884         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6885 }
6886
6887 /*
6888  * Initialise min_free_kbytes.
6889  *
6890  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6891  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6892  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6893  *
6894  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6895  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6896  *
6897  * which yields
6898  *
6899  * 16MB:        512k
6900  * 32MB:        724k
6901  * 64MB:        1024k
6902  * 128MB:       1448k
6903  * 256MB:       2048k
6904  * 512MB:       2896k
6905  * 1024MB:      4096k
6906  * 2048MB:      5792k
6907  * 4096MB:      8192k
6908  * 8192MB:      11584k
6909  * 16384MB:     16384k
6910  */
6911 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6912 {
6913         unsigned long lowmem_kbytes;
6914         int new_min_free_kbytes;
6915
6916         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6917         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6918
6919         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6920                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6921                 if (min_free_kbytes < 128)
6922                         min_free_kbytes = 128;
6923                 if (min_free_kbytes > 65536)
6924                         min_free_kbytes = 65536;
6925         } else {
6926                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6927                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6928         }
6929         setup_per_zone_wmarks();
6930         refresh_zone_stat_thresholds();
6931         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6932
6933 #ifdef CONFIG_NUMA
6934         setup_min_unmapped_ratio();
6935         setup_min_slab_ratio();
6936 #endif
6937
6938         return 0;
6939 }
6940 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6941
6942 /*
6943  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6944  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6945  *      changes.
6946  */
6947 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6948         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6949 {
6950         int rc;
6951
6952         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6953         if (rc)
6954                 return rc;
6955
6956         if (write) {
6957                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6958                 setup_per_zone_wmarks();
6959         }
6960         return 0;
6961 }
6962
6963 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6964         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6965 {
6966         int rc;
6967
6968         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6969         if (rc)
6970                 return rc;
6971
6972         if (write)
6973                 setup_per_zone_wmarks();
6974
6975         return 0;
6976 }
6977
6978 #ifdef CONFIG_NUMA
6979 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6980 {
6981         pg_data_t *pgdat;
6982         struct zone *zone;
6983
6984         for_each_online_pgdat(pgdat)
6985                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6986
6987         for_each_zone(zone)
6988                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
6989                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6990 }
6991
6992
6993 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6994         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6995 {
6996         int rc;
6997
6998         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6999         if (rc)
7000                 return rc;
7001
7002         setup_min_unmapped_ratio();
7003
7004         return 0;
7005 }
7006
7007 static void setup_min_slab_ratio(void)
7008 {
7009         pg_data_t *pgdat;
7010         struct zone *zone;
7011
7012         for_each_online_pgdat(pgdat)
7013                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7014
7015         for_each_zone(zone)
7016                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7017                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7018 }
7019
7020 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7021         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7022 {
7023         int rc;
7024
7025         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7026         if (rc)
7027                 return rc;
7028
7029         setup_min_slab_ratio();
7030
7031         return 0;
7032 }
7033 #endif
7034
7035 /*
7036  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7037  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7038  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7039  *
7040  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7041  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7042  * if in function of the boot time zone sizes.
7043  */
7044 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7045         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7046 {
7047         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7048         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7049         return 0;
7050 }
7051
7052 /*
7053  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7054  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7055  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7056  */
7057 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7058         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7059 {
7060         struct zone *zone;
7061         int old_percpu_pagelist_fraction;
7062         int ret;
7063
7064         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7065         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7066
7067         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7068         if (!write || ret < 0)
7069                 goto out;
7070
7071         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7072         if (percpu_pagelist_fraction &&
7073             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7074                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7075                 ret = -EINVAL;
7076                 goto out;
7077         }
7078
7079         /* No change? */
7080         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7081                 goto out;
7082
7083         for_each_populated_zone(zone) {
7084                 unsigned int cpu;
7085
7086                 for_each_possible_cpu(cpu)
7087                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7088                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7089         }
7090 out:
7091         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7092         return ret;
7093 }
7094
7095 #ifdef CONFIG_NUMA
7096 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7097
7098 static int __init set_hashdist(char *str)
7099 {
7100         if (!str)
7101                 return 0;
7102         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7103         return 1;
7104 }
7105 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7106 #endif
7107
7108 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7109 /*
7110  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7111  * is not known to alloc_large_system_hash().
7112  */
7113 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7114 {
7115         return 0;
7116 }
7117 #endif
7118
7119 /*
7120  * allocate a large system hash table from bootmem
7121  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7122  *   quantity of entries
7123  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7124  */
7125 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7126                                      unsigned long bucketsize,
7127                                      unsigned long numentries,
7128                                      int scale,
7129                                      int flags,
7130                                      unsigned int *_hash_shift,
7131                                      unsigned int *_hash_mask,
7132                                      unsigned long low_limit,
7133                                      unsigned long high_limit)
7134 {
7135         unsigned long long max = high_limit;
7136         unsigned long log2qty, size;
7137         void *table = NULL;
7138
7139         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7140         if (!numentries) {
7141                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7142                 numentries = nr_kernel_pages;
7143                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7144
7145                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7146                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7147                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7148
7149                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7150                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7151                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7152                 else
7153                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7154
7155                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7156                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7157                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7158                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7159                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7160                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7161                                 BUG_ON(!numentries);
7162                         }
7163                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7164                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7165         }
7166         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7167
7168         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7169         if (max == 0) {
7170                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7171                 do_div(max, bucketsize);
7172         }
7173         max = min(max, 0x80000000ULL);
7174
7175         if (numentries < low_limit)
7176                 numentries = low_limit;
7177         if (numentries > max)
7178                 numentries = max;
7179
7180         log2qty = ilog2(numentries);
7181
7182         do {
7183                 size = bucketsize << log2qty;
7184                 if (flags & HASH_EARLY)
7185                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7186                 else if (hashdist)
7187                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7188                 else {
7189                         /*
7190                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7191                          * some pages at the end of hash table which
7192                          * alloc_pages_exact() automatically does
7193                          */
7194                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7195                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7196                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7197                         }
7198                 }
7199         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7200
7201         if (!table)
7202                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7203
7204         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7205                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7206
7207         if (_hash_shift)
7208                 *_hash_shift = log2qty;
7209         if (_hash_mask)
7210                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7211
7212         return table;
7213 }
7214
7215 /*
7216  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7217  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7218  *
7219  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7220  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7221  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7222  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7223  */
7224 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7225                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7226 {
7227         unsigned long pfn, iter, found;
7228         int mt;
7229
7230         /*
7231          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7232          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7233          */
7234         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7235                 return false;
7236         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7237         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7238                 return false;
7239
7240         pfn = page_to_pfn(page);
7241         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7242                 unsigned long check = pfn + iter;
7243
7244                 if (!pfn_valid_within(check))
7245                         continue;
7246
7247                 page = pfn_to_page(check);
7248
7249                 /*
7250                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7251                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7252                  * handle each tail page individually in migration.
7253                  */
7254                 if (PageHuge(page)) {
7255                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7256                         continue;
7257                 }
7258
7259                 /*
7260                  * We can't use page_count without pin a page
7261                  * because another CPU can free compound page.
7262                  * This check already skips compound tails of THP
7263                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7264                  */
7265                 if (!page_ref_count(page)) {
7266                         if (PageBuddy(page))
7267                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7268                         continue;
7269                 }
7270
7271                 /*
7272                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7273                  * page_count() is not 0.
7274                  */
7275                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7276                         continue;
7277
7278                 if (__PageMovable(page))
7279                         continue;
7280
7281                 if (!PageLRU(page))
7282                         found++;
7283                 /*
7284                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7285                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7286                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7287                  */
7288                 /*
7289                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7290                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7291                  *
7292                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7293                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7294                  * page at boot.
7295                  */
7296                 if (found > count)
7297                         return true;
7298         }
7299         return false;
7300 }
7301
7302 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7303 {
7304         struct zone *zone;
7305         unsigned long pfn;
7306
7307         /*
7308          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7309          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7310          * the zone but still within the section.
7311          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7312          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7313          */
7314         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7315                 return false;
7316
7317         zone = page_zone(page);
7318         pfn = page_to_pfn(page);
7319         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7320                 return false;
7321
7322         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7323 }
7324
7325 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7326
7327 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7328 {
7329         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7330                              pageblock_nr_pages) - 1);
7331 }
7332
7333 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7334 {
7335         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7336                                 pageblock_nr_pages));
7337 }
7338
7339 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7340 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7341                                         unsigned long start, unsigned long end)
7342 {
7343         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7344         unsigned long nr_reclaimed;
7345         unsigned long pfn = start;
7346         unsigned int tries = 0;
7347         int ret = 0;
7348
7349         migrate_prep();
7350
7351         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7352                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7353                         ret = -EINTR;
7354                         break;
7355                 }
7356
7357                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7358                         cc->nr_migratepages = 0;
7359                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7360                         if (!pfn) {
7361                                 ret = -EINTR;
7362                                 break;
7363                         }
7364                         tries = 0;
7365                 } else if (++tries == 5) {
7366                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7367                         break;
7368                 }
7369
7370                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7371                                                         &cc->migratepages);
7372                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7373
7374                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7375                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7376         }
7377         if (ret < 0) {
7378                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7379                 return ret;
7380         }
7381         return 0;
7382 }
7383
7384 /**
7385  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7386  * @start:      start PFN to allocate
7387  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7388  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7389  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7390  *                      in range must have the same migratetype and it must
7391  *                      be either of the two.
7392  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7393  *
7394  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7395  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7396  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7397  * pages fall in.
7398  *
7399  * The PFN range must belong to a single zone.
7400  *
7401  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7402  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7403  * need to be freed with free_contig_range().
7404  */
7405 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7406                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7407 {
7408         unsigned long outer_start, outer_end;
7409         unsigned int order;
7410         int ret = 0;
7411
7412         struct compact_control cc = {
7413                 .nr_migratepages = 0,
7414                 .order = -1,
7415                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7416                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7417                 .ignore_skip_hint = true,
7418                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7419         };
7420         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7421
7422         /*
7423          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7424          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7425          * have different sizes, and due to the way page allocator
7426          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7427          * that page allocator won't try to merge buddies from
7428          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7429          * other migration type.
7430          *
7431          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7432          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7433          * we are interested in).  This will put all the pages in
7434          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7435          *
7436          * When this is done, we take the pages in range from page
7437          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7438          * page allocator will never consider using them.
7439          *
7440          * This lets us mark the pageblocks back as
7441          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7442          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7443          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7444          */
7445
7446         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7447                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7448                                        false);
7449         if (ret)
7450                 return ret;
7451
7452         /*
7453          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7454          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7455          */
7456         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7457         if (ret && ret != -EBUSY)
7458                 goto done;
7459
7460         /*
7461          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7462          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7463          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7464          * What we are going to do is to allocate all pages from
7465          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7466          *
7467          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7468          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7469          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7470          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7471          * once this is done free the pages we are not interested in.
7472          *
7473          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7474          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7475          */
7476
7477         lru_add_drain_all();
7478         drain_all_pages(cc.zone);
7479
7480         order = 0;
7481         outer_start = start;
7482         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7483                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7484                         outer_start = start;
7485                         break;
7486                 }
7487                 outer_start &= ~0UL << order;
7488         }
7489
7490         if (outer_start != start) {
7491                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7492
7493                 /*
7494                  * outer_start page could be small order buddy page and
7495                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7496                  * in this case to report failed page properly
7497                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7498                  */
7499                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7500                         outer_start = start;
7501         }
7502
7503         /* Make sure the range is really isolated. */
7504         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7505                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7506                         __func__, outer_start, end);
7507                 ret = -EBUSY;
7508                 goto done;
7509         }
7510
7511         /* Grab isolated pages from freelists. */
7512         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7513         if (!outer_end) {
7514                 ret = -EBUSY;
7515                 goto done;
7516         }
7517
7518         /* Free head and tail (if any) */
7519         if (start != outer_start)
7520                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7521         if (end != outer_end)
7522                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7523
7524 done:
7525         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7526                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7527         return ret;
7528 }
7529
7530 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7531 {
7532         unsigned int count = 0;
7533
7534         for (; nr_pages--; pfn++) {
7535                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7536
7537                 count += page_count(page) != 1;
7538                 __free_page(page);
7539         }
7540         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7541 }
7542 #endif
7543
7544 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7545 /*
7546  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7547  * page high values need to be recalulated.
7548  */
7549 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7550 {
7551         unsigned cpu;
7552         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7553         for_each_possible_cpu(cpu)
7554                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7555                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7556         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7557 }
7558 #endif
7559
7560 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7561 {
7562         unsigned long flags;
7563         int cpu;
7564         struct per_cpu_pageset *pset;
7565
7566         /* avoid races with drain_pages()  */
7567         local_irq_save(flags);
7568         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7569                 for_each_online_cpu(cpu) {
7570                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7571                         drain_zonestat(zone, pset);
7572                 }
7573                 free_percpu(zone->pageset);
7574                 zone->pageset = &boot_pageset;
7575         }
7576         local_irq_restore(flags);
7577 }
7578
7579 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7580 /*
7581  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7582  * before calling this.
7583  */
7584 void
7585 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7586 {
7587         struct page *page;
7588         struct zone *zone;
7589         unsigned int order, i;
7590         unsigned long pfn;
7591         unsigned long flags;
7592         /* find the first valid pfn */
7593         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7594                 if (pfn_valid(pfn))
7595                         break;
7596         if (pfn == end_pfn)
7597                 return;
7598         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7599         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7600         pfn = start_pfn;
7601         while (pfn < end_pfn) {
7602                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7603                         pfn++;
7604                         continue;
7605                 }
7606                 page = pfn_to_page(pfn);
7607                 /*
7608                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7609                  * page_count() is not 0.
7610                  */
7611                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7612                         pfn++;
7613                         SetPageReserved(page);
7614                         continue;
7615                 }
7616
7617                 BUG_ON(page_count(page));
7618                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7619                 order = page_order(page);
7620 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7621                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7622                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7623 #endif
7624                 list_del(&page->lru);
7625                 rmv_page_order(page);
7626                 zone->free_area[order].nr_free--;
7627                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7628                         SetPageReserved((page+i));
7629                 pfn += (1 << order);
7630         }
7631         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7632 }
7633 #endif
7634
7635 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7636 {
7637         struct zone *zone = page_zone(page);
7638         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7639         unsigned long flags;
7640         unsigned int order;
7641
7642         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7643         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7644                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7645
7646                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7647                         break;
7648         }
7649         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7650
7651         return order < MAX_ORDER;
7652 }